Research Center for the Early Universe
Graduate School of Science
University of Tokyo
Annual Report
2012
平成 24 年度 年次研究報告
東京大学大学院理学系研究科附属
ビッグバン宇宙国際研究センター
2013 年 7 月 5 日 版
c ビッグバン宇宙国際研究センター (RESCEU) 2013
Copyright ⃝
この年次報告書のカラー電子版（pdf ファイル）は http://www.resceu.s.u-tokyo.ac.jp/annual.php から取得
できます。
1
ご挨拶
日頃より、ビッグバン宇宙国際研究センター（英語名 Research Center for the Early Universe, 略称 RESCEU）
の運営にお力添えいただき、厚くお礼を申し上げます。ここに 2012 年度の年次報告をお届けいたします。
本センターは、科研費 COE 形成基礎研究の実行母体「初期宇宙研究センター」を前身として、1999 年度
に設置された理学系研究科の附属施設です。ビッグバン宇宙の創生・進化を解明し、その陰の立役者である暗
黒エネルギーの本性に迫り、暗黒物質の正体を追いつめ、また宇宙の進化のいろいろな場面でバリオン物質
が演じる多彩な振舞いを明らかにすることを、研究目的として掲げています。センターの固有メンバーはお
もに理論的研究を行っていますが、本センターではさらに、理学系研究科の物理学専攻、天文学専攻、天文
学教育センターなどから、約 10 名の「研究協力者」に参画をお願いするという先進的な構造により、最先端
の観測や実験も活発に推進しており、合計７つのプロジェクトを擁しています。それらを通じ、可視光の「す
ばる」望遠鏡 (プロジェクト３)、サブミリ波のアルマ望遠鏡 (プロジェクト４)、Ｘ線の「すざく」衛星 (プ
ロジェクト７) など、最先端の大型宇宙観測装置/施設に大きく貢献するとともに、建造が始まった大型低温
重力波望遠鏡「かぐら」にも、プロジェクト５とプロジェクト１を通じ、重要な役割を果たしています。
プロジェクト７の一環として、宇宙反物質の探査を行ってきた BESS 気球実験は、昨 2011 年度にて完了
し、今年度はその最終的な取りまとめを行いました。(故) 折戸周治教授の後を継ぎ、この 19 年にわたる壮大
なプロジェクトを完結に導いた山本明教授は、2012 年度末をもって高エネルギー加速器研究機構を定年退職
されました。またプロジェクト５で日本の重力波研究の中核を担って来られた、物理学専攻の坪野公夫教授
も、同じく今年度末で定年退職されました。研究協力者としての、お２人の本センターに対する多大な貢献
に、改めて感謝いたします。
センターは 2012 度も、理学系研究科の他専攻・施設と協力するなどの形で、多彩な研究・広報活動を行い
ました。７月には、天文学分野における「全国同時七夕講演会」に参加し、12 月にはセンター独自の試みで
あるクリスマス講演会（3 回目）を開催しました。8 月 6 日の全学オープンキャンパスの際は、本センターは
３名 (計５回) の講演を行い、昨年度と同様、超満員の盛況ぶりでした。さらに 2011 年のノーベル物理学賞
が、本センターの研究に緊密な関係をもつテーマ「遠距離の超新星観測を通じた宇宙の膨張加速の発見」に
より、ブライアン・シュミット博士ら三氏に授与されたことに鑑み、2012 年 11 月 19 日、学内のいくつかの
部局と共同で、シュミット博士（オーストラリア国立大学ストロムロ山天文台）を安田講堂にお迎えし、「加
速する宇宙」と題して一般むけに同時通訳つきで講演いただいたところ、参加者は 670 名に達しました。よ
り専門的なイベントとしては、7 月下旬には恒例のサマースクールを裏磐梯高原にて実施し、6 月には研究協
力者が集まり、未来へのサイエンスを語りあう「研究者交流会」を、また年明けの１月には外部評価への準
備を兼ねた新年会を開催しました。
2012 年度には、重力波に関係して、２つの特筆すべきイベントがありました。その一つは、11 月 12-16 日に
小柴ホールにて、第８回 RESCEU 国際シンポジウムを“ Symposium on General Relativity and Gravitation ”
と題して JGRG22 と共催したことで、外国人 20 名を含め、165 名の参加者がありました。本研究会ではと
くに、世界で建設中の３大重力波検出器を代表して、「かぐら」Principal Investigator の梶田隆章教授 (東大
宇宙線研究所)、LIGO Laboratory Exective Director の David Reitze 教授、VIRGO Fomer Sposkesperson
の Francesco Fidecaro 教授に、招待講演を行っていただきました。この研究会ではまた、本センターと関係
の深い、佐々木節・京都大学基礎物理学研究所教授、小玉英雄・KEK 教授、二間瀬敏史・東北大学教授の還
2
暦記念講演も実施しました。もう一つは、「かぐら」の建設が立ち上がったことを受け、そのデータ解析の人
材育成を目指し、
「KAGRA データ解析スクール」を２回にわたり開催したことです。初回は本郷キャンパス
にて 9 月 3∼5 日に行われ、70 名の参加者を得ました。２回目は 2 月 20 日∼22 日、
「かぐら」プロジェクト、
新学術領域研究「重力波天体の多様な観測による重力波物理学の新展開」、および国立天文台重力波プロジェ
クト推進室との共催で、国立天文台にて行われ、60 名が参加しました。
2012 年度のもう一つの特記事項は、1 月 8∼10 日にかけ物理学教室と合同で、2005 年に 1 月に続き、外部
評価を実施したことです。小林誠・高エネルギー加速器研究機構特別栄誉教授を委員長とし、Gordon Baym
教授を含む合計９名の委員に、様々な観点から本センターの活動をご覧いただきました。その結果、
「物理学
教室と RESCEU の協力は研究と教育の両面において大きな成果をあげている。本委員会はこの協力関係が今
後も継続しさらに発展する事を期待する」という評価をいただきました。委員の皆様、とくにご専門の近い、
吉村太彦先生（科学技術・学術審議会専門委員）および観山正見先生（広島大学特任教授）に、この場を拝
借して厚くお礼を申し上げます。
センター固有のメンバーとしては、8 月 1 日づけで須山輝明さんが、横山研の助教として着任しました。ま
た特任助教として伊藤洋介さんが、特任研究員として筒井亮さんが、ともに昨年に続き在籍しています。本
年度はまた横山順一教授が、
「インフレーション宇宙論の実証的研究」により、2012 年度の井上学術賞を受賞
しました。受賞理由は、インフレーションと物質生成を一体的に実現するモデルの構築に初めて成功したこ
と、既知のすべてのインフレーションモデルを包含する最も一般的な枠組みを構築し、観測と理論の直接比
較を可能にしたこと、宇宙マイクロ波背景放射の揺らぎの観測から、インフレーション中に生成した量子的
な揺らぎを逆算する方法を開発し、WMAP 衛星の観測結果を初期宇宙に直接に反映させたこと、初期宇宙の
プローブとして重力波の重要性に着目した「重力波的宇宙論」の考えを掲げ、重力波検出に向けて理論的な
指導性を発揮していることなどで、本センターの大きな慶事となりました。加えて今年度は、坂井南美助教
による 2012 年度の日本天文学会研究奨励賞など、いくつもの受賞がありました。
引き続き、本センターにご支援のほどを、よろしくお願いいたします。
2013 年 6 月 センター長 牧島一夫
3
目次
I
2012 年度 ビッグバン宇宙国際研究センター 全般に関する報告
5
1
受賞
7
2
教員，職員，および研究員
9
3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
. .
. .
. .
. .
. .
. .
22)
. .
. .
. .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
プレプリント・リスト
4
II
シンポジウム・研究会
研究交流会 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2012 年第 4 回全国同時七夕講演会 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
第 12 回「宇宙における時空・物質・構造の進化」研究会 . . . . . . . .
「高校生のためのオープンキャンパス２０１２」 . . . . . . . . . . . .
KAGRA データ解析スクール @ RESCEU 2012 . . . . . . . . . . . .
2011 年度ノーベル物理学賞受賞 Brian P. Schmidt 博士講演会 . . . . .
RESCEU Symposium on General Relativity and Gravitation (JGRG
RESCEU 観測的宇宙論ワークショップ . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ビッグバンセンタークリスマス講演会 & Party 2012 . . . . . . . . . .
KAGRA データ解析スクール @ NAOJ 2013 . . . . . . . . . . . . . .
23
2012 年度 プロジェクト別 研究活動報告
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
2
2.1
2.2
3
3.1
4
4.1
4.2
初期宇宙進化論
初期宇宙・相対論
観測的宇宙論 . .
星形成 . . . . . .
系外惑星 . . . . .
参考文献 . . . . .
10
10
10
10
12
12
13
13
19
21
21
33
.
.
.
.
.
35
35
39
44
45
46
銀河と星の共進化
新星 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
超新星 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1 ガンマ線バースト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
56
56
57
光赤外線による観測的宇宙論
宇宙及び系外銀河 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60
60
地上サブミリ波観測
星・惑星系形成の観測的研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.1 はじめに . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.2 星形成の観測研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.3 テラヘルツ帯観測技術の開拓 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
大質量銀河と巨大ブラックホールの形成・進化過程の研究 . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1 高赤方偏移銀河の観測研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2 ガンマ線バースト母銀河におけるダストに隠された星形成と星間物質の観測的研究
4.2.3 ミリ波サブミリ波帯分光観測に基づく銀河の活動性の研究 . . . . . . . . . . . . .
4.2.4 ミリ波サブミリ波観測装置の開発 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65
65
65
65
68
71
71
74
74
76
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
重力波探査
大型低温重力波望遠鏡 KAGRA . . . . . . . . . . .
宇宙空間レーザー干渉計 DECIGO . . . . . . . . . .
ねじれ型重力波望遠鏡 TOBA . . . . . . . . . . . .
低温光共振器を用いた超高安定化レーザー光源の開発
極小距離領域における重力法則検証 . . . . . . . . .
空間等方性の研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
巨視的振動子の量子測定 . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
81
81
82
83
83
84
84
85
6.1
6.2
宇宙素粒子物理学
PANDA – 原子炉ニュートリノモニター . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sumico, アクシオンヘリオスコープ実験と Hidden photon 探索実験 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
88
89
5
6
7
7.1
7.2
III
A
B
飛翔体を用いた宇宙観測
衛星を用いたＸ線・γ線観測 . . . . . . . . . . .
7.1.1 宇宙Ｘ線の発見 50 年 . . . . . . . . . . .
7.1.2 科学衛星の運用と稼働状況 . . . . . . . .
7.1.3 質量降着するブラックホール . . . . . . .
7.1.4 中性子星の研究 . . . . . . . . . . . . . .
7.1.5 超新星残骸および中心天体 . . . . . . . .
7.1.6 銀河面Ｘ線放射の研究 . . . . . . . . . .
7.1.7 銀河団の研究 . . . . . . . . . . . . . . .
7.1.8 ASTRO-H 衛星計画 . . . . . . . . . . .
BESS 気球実験 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.1 超伝導スペクトロメータによる宇宙線観測
7.2.2 BES-Polar 観測結果 . . . . . . . . . . .
7.2.3 まとめ . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
参考資料: RESCEU 第 3 回外部評価資料
92
. 92
. 92
. 92
. 92
. 93
. 95
. 96
. 96
. 96
. 99
. 99
. 100
. 101
109
参考資料: RESCEU 第 3 回外部評価資料説明
RESCEU OVERVIEW
B.1 History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.2 Research Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.3 Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.3.1 Organization structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.3.2 RESCEU members (staff) . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.3.3 International visiting professors . . . . . . . . . . . . . . .
B.3.4 Expanded RESCEU (研究協力者集団) . . . . . . . . . . .
B.3.5 Steering committee (運営委員会) . . . . . . . . . . . . . .
B.4 RESCEU projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.5 RESCEU Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.5.1 Annual activities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.5.2 International symposia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.5.3 RESCEU summer schools . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.5.4 Outreach activities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.6 Budget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.6.1 Budget evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.6.2 External funds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.6.3 DENET: International Research Network for Dark Energy
B.7 Future Plans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.7.1 What is unique with RESCEU? . . . . . . . . . . . . . . .
B.7.2 Study of extra-solar planets . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.7.3 Gravitational waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.7.4 Other ross-project researches . . . . . . . . . . . . . . . .
111
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
112
112
112
113
113
113
114
115
116
117
118
118
118
119
119
121
121
121
122
123
123
123
124
124
I
2012 年度
ビッグバン宇宙国際研究センター
全般に関する報告
7
1 受賞
横山 順一 教授 : 第 29 回（2012 年度）井上学術賞
以下の文章は、理学部ニュース 2013 年３月号から牧島センター長の祝辞を転載しています。
このたびビッグバン宇宙国際研究センターの横山順一教授は，
「インフレーション宇宙論の実証的研究」に
より，2012 年度の井上学術賞を受賞されました。おめでとうございます。
宇宙は 137 億年前，火の玉状態で誕生した（ビッグバン）と考えられ，その誕生の謎を説明する理論が，
本研究科の佐藤勝彦名誉教授らが 1980 年前半に提唱した「インフレーション」の考えです。すなわち，宇宙
はその創生期に内包した真空のエネルギーにより急速膨張（インフレーション）して巨視的な大きさに達し，
そのエネルギーが熱に転化することで，火の玉宇宙ができたとするものです。この考えは最先端の宇宙観測
により強固になりつつありますが，理論の核心部にはまだ多くの異なる学説が並立しています。そんな中で
横山教授は，実験や観測により検証できる理論の構築を目ざし，国際的にハイレベルな研究を展開されて来
ました。インフレーションと物質生成を一体的に実現するモデルの構築に初めて成功したこと，さらに既知
のすべてのインフレーションモデルを包含するもっとも一般的な枠組みを構築し，観測と理論の直接比較を
可能にしたこと，宇宙マイクロ波背景放射の揺らぎの観測から，インフレーション中に生成した量子的な揺
らぎを逆算する方法を開発し，WMAP 衛星の観測結果を初期宇宙に直接に反映させたこと，初期宇宙のプ
ローブとして重力波の重要性に着目した「重力波的宇宙論」の考えを掲げ，建設が進んでいる重力波望遠鏡
KAGRA や次世代の DECIGO への理論的指導性を発揮しておられることなどが特筆されます。今後ますま
すのご活躍を祈念いたします。
松原 隆彦 准教授（名古屋大学）
： 第 17 回日本天文学会林忠四郎賞
1996 年から 2000 年まで須藤研の助手であった松原隆彦氏（現在は名古屋大学准教授）が、「統計的摂動解
析理論に基づく観測的宇宙論の開拓」の業績に対して、第 17 回 日本天文学会林忠四郎賞を受賞されました。
松原氏は、宇宙大規模構造に関する観測可能量に対して、従来の摂動論の枠組みを超えて非線形性をとり込
むなど、主として解析的な方法論を開拓して来ました。その先駆的かつ独創的な研究は、ダークエネルギー
の性質や原始密度ゆらぎの統計的性質を実際の観測データから探る上で高い重要性を有しています。さらに
松原氏の提唱した方法論は、銀河の赤方偏移サーベイや宇宙マイクロ波背景放射の研究に広く用いられてい
るのみならず、将来のすばる望遠鏡による大規模銀河サーベイにも用いられる基礎的な研究成果です。
坂井 南美 助教 （山本研）
： 2012 年度日本天文学会研究奨励賞
坂井氏は、
「低質量原始星天体における暖かい炭素鎖化学の提唱とその進展」に関する業績で標記の賞を受
賞した。坂井氏は世界中の最先端電波望遠鏡を駆使し、太陽程度の質量を持つ原始星近傍の化学組成を高感度
で測定することで、炭素鎖分子 (C4 H, HC5 N などの炭素が直線状につながった分子）が異常に豊富に存在す
る原始星天体を発見した。これまで、原始星近傍には飽和有機分子 (CH3 OH, HCOOCH3 など) が特徴的に
存在すると考えられていたので、この発見は原始星天体の化学的多様性を示すものとして大きな驚きを持っ
て受け止められた。坂井氏は、その原因として、原始星近傍の暖められた領域で星間塵から CH4 が蒸発する
ことで効率的に炭素鎖分子を生成するメカニズムを提案した。これが「暖かい炭素鎖化学」(Warm Carbon
Chain Chemistry: WCCC) である。WCCC は、その後、理論的研究や坂井氏らの観測的研究で確認され、星
間化学過程の新しい概念として定着しつつある。坂井氏が発見した原始星天体の化学的多様性が、原始惑星
系円盤、ひいては惑星系にどのように伝播されるかが、現在、注目を集めており、坂井氏は ALMA による観
測でその解明を目指している。
8
1 受賞
細川 隆史 助教 (吉田研)： 日本天文学会奨励賞
宇宙初期と現在の銀河系という大きく異なる環境での大質量星形成を理論的に研究し、優れた成果を上げ
てきた。特に初期宇宙の初代星形成の研究では、初代星の質量はこれまで考えられてきた質量より一桁ほど
小さく典型的には数十太陽質量であることを世界で初めて理論的に予言した。また、質量降着を伴う大質量
原始星の進化モデルを初めて構築した。
平野 照幸氏 (須藤研、平成 24 年度東京大学大学院理学系研究科大学院博士
課程修了) : 研究奨励賞 (博士課程）
平成 25 年 3 月に東京大学大学院理学系研究科博士課程を修了した平野氏は、博士論文「惑星移動機構解明
に向けたトランジット惑星系の軌道傾斜角測定」(2013 年 3 月 25 日) によって、東京大学大学院理学系研究
科研究奨励賞を受賞した。
本橋 隼人氏 (横山研、平成 24 年度東京大学大学院理学系研究科大学院博士
課程修了) : 研究奨励賞 (博士課程）
平成 25 年 3 月に東京大学大学院理学系研究科博士課程を修了した本橋氏は、博士論文「修正重力理論によ
る加速膨張宇宙の記述とその宇宙論的帰結 」(2013 年 3 月 25 日) によって、東京大学大学院理学系研究科研
究奨励賞を受賞した。
柴田 大輝 氏 (山本研) : Best Poster Award
柴田氏は 2012 年 12 月 7 日、研究会 “New Trends in Radio Astronomy in the ALMA Era: The 30th
Anniversary of Nobeyama Radio Observatory” において、Best Poster Award を受賞した。
國光 太郎 氏 (横山研): Outstanding Presentation Award
國光氏は、2012 年 11 月 12 日∼16 日に RESCEU において開催された RESCEU Symposium on General
Relativity and Gravitation (JGRG22) で、Outstanding Presentation Award を受賞した。
9
2 教員，職員，および研究員
ビッグバン宇宙国際研究センター
牧島 一夫 （センター長/教授；併任）
横山 順一 （教授）
茂山 俊和 （准教授）
樽家 篤史 （助教）
坂井 南美 （助教）
平賀 純子 （助教）
須山 輝明 （助教）
Ho Shirley
（外国人客員准教授; 2012/6/25 ∼ 7/26）
Jerome, Martin
Starobinsky, Alexei A.
伊藤 洋介
（外国人客員教授; 2012/11/1 ∼ 12/14, 2013/1/8 ∼ 2/8）
筒井 亮 （特任研究員）
渡辺 悠貴 （特任研究員）
黒柳 幸子 （特任研究員）
成川 達也 （学振研究員）
Lake, Matthew
(外国人特別研究員)
永野 早百合
（事務補佐員）
南澤 三恵子
（事務補佐員）
（外国人客員教授; 2012/9/18 ∼ 11/30）
(特任助教)
研究プロジェクトおよび担当者
(無印はセンター固有の教員、上添字付は研究協力者)
1
初期宇宙進化論
横山 順一、
銀河進化理論
茂山 俊和
銀河と宇宙構造の進化
土居 守 2 、
嶋作 一大 3
サブミリ波観測
坂井 南美、
山本 智 1 、
重力波探査
坪野 公夫 1
暗黒物質・太陽アクシオン直接検出
蓑輪 眞 1 、
井上 慶純 4
飛翔体による宇宙観測
牧島 一夫 1 、
平賀 純子、
樽家 篤史、
須藤 靖 1 、
吉田 直紀 1
河野 孝太郎 2
山本 明 5
物理学専攻、2 天文学教育研究センター、3 天文学専攻、4 素粒子物理国際研究センター、5 KEK
10
3 シンポジウム・研究会
3.1
研究交流会
日時：2012 年 6 月 14 日 (木) 14:45∼19:00
場所： 東京大学理学部 4 号館 1320 号室
プログラム
14:45-15:10 15:10-15:35 山本 明
「BESS 実験のまとめ」
坪野公夫
「KAGRA の現状」
15:35-16:00 16:00-16:25 16:25-16:55
伊藤洋介
「重力波データ解析の現状と展望」
蓑輪 眞
「Axion と光」
16:55-17:20 17:20-17:45 横山順一
「宇宙磁場のなぞ」
河野孝太郎
「分子ガスと X 線のホットな関係」
17:45-18:10 18:10-18:35 18:35-19:00 牧島一夫
「ASTRO-H で解く７つの謎」
筒井 亮
「HiZ-GUNDAM 計画」
嶋作一大
「もっと光を」
3.2
Coffee/Tea break
2012 年第 4 回全国同時七夕講演会
日時：2011 年 7 月 5 日 (木) 18:00∼19:00
場所： 東京大学理学部 1 号館小柴ホール
講師：牧島 一夫
講演タイトル： 天の川にひそむ多くの謎
3.3
第 12 回「宇宙における時空・物質・構造の進化」研究会：‘Dark Energy
in the Universe’ サマースクール
場所： 休暇村裏磐梯（福島県耶麻郡北塩原村桧原）
日時： 2012 年 7 月 24 日（火）∼ 27 日（金）
プログラム
7 月 24 日 (火) afternoon (Chair :J. Yokoyama) in English
14:00 – 14:10 Jun’ichi Yokoyama Opening Adress (10)
14:10 – 15:10
15:10 – 15:25
Shirley Ho
What can you learn from Large Scale Structure?
Break
15:25 – 16:25
16:25 – 16:40
16:40 – 17:40
Bernard Carr
Black holes and the Generalized Uncertainty Principle (Part 1)
break
Black holes and the Generalized Uncertainty Principle (Part 2)
Bernard Carr
3.3. 第 12 回「宇宙における時空・物質・構造の進化」研究会
7 月 25 日 (水) 午前 (Chair :R. Tsutsui) in English
9:30 – 9:50
Teruaki Suyama
Metric perturbation from inflationary magnetic field and
generic bound on inflation models (15+5)
9:50 – 10:10
Toshiya Namikawa
Lensing reconstruction from cosmic microwave background
(15+5)
10:10 – 10:30
Sachiko Kuroyanagi
10:30 – 10:50
Yuhei Miyamoto
Early Universe Tomography with CMB and Gravitational
Waves (15+5)
Evading the pulsar constraints on the cosmic string tension
in supergravity inflation (15+5)
break
10:50 – 11:05
11:05 – 11:25
11:25 – 11:45
11:45 – 12:05
Hayato Motohashi
Yousuke Itoh
Lake, Matthew James
Sterile neutrino and f (R) gravity (15+5)
Propagation of gravitational waves (15+5)
Cosmic strings with twisted magnetic flux lines and woundstrings in extra dimensions (15+5)
Free Discussion
afternoon
7 月 26 日（木) 午前 (座長 :伊藤) 日本語セッション
9:30 – 9:50
成川達也 Observational Tests of Modified Gravity Models - Toward Realistic Tests(15+5)
9:50 – 10:10
10:10 – 10:30
10:30–10:45
中間智弘
國光太郎
Self-consistent initial conditions for primordial black hole formation (15+5)
Higgs Condensation after Inflation (15+5)
break
10:45 – 11:05
11:05 – 11:25
筒井亮
ガンマ線バーストによる観測的宇宙論 (15+5)
樽家篤史
(My) cosmological studies with SuMIRe
11:25 – 11:45
平賀純子
X 線 CCD:Astro-H/SXI 開発とその先
7 月 26 日 (木) 午後 (座長 ：須山) プロジェクト報告 I
13:30 – 13:40 牧島一夫 Opening
13:40 – 14:20
14:20 – 15:00
山本智
サブミリ波地上観測プロジェクト (40)
坪野公夫
KAGRA, DECIGO, DPF (40)
15:00 – 15:30
15:30 – 15:45
15:45 – 16:25
茂山俊和
マグネターと超新星爆発の関係 (30)
牧島一夫
break
「すざく」から ASTRO-H へ (40)
16:25 – 17:05
17:05 – 17:35
土居守
超新星による観測的宇宙論 (40)
吉田直紀
ボルツマン方程式の積分法 (30)
7 月 27 日 (金) (座長 ：黒柳) プロジェクト報告 II
9:00 – 9:40
嶋作一大 遠方銀河の見つけ方 (40)
9:40 – 10:20
蓑輪 眞
Reactor antineutrino measurement at Ohi power plant (40)
10:20 – 10:35
10:35 – 11:15
山本明
break
気球飛翔・超伝導スペクトロメータを用いた宇宙起源反粒子の探索: BESS
実験 (40)
11:15 – 11:45
横山順一
ヒッグス場によるインフレーション (30)
昼食後解散
11
3 シンポジウム・研究会
12
3.4
「高校生のためのオープンキャンパス２０１２」
場所： 東京大学
ビッグバンセンター講演開催場所： 東京大学理学部１号館 2 階 207 号室
日時： 2012 年 8 月 7 日（火）
主催： 東京大学
プログラム
10:00–10:40, 13:50–14:30
伊藤洋介
アインシュタインの重力波で宇宙を聴く日
11:00–11:40, 14:50–15:30
12:50–13:30
茂山俊和
年老いた星が語る銀河の歴史
山本明
南極気球で探る宇宙からの反物質
3.5
KAGRA データ解析スクール @ RESCEU 2012
場所： 東京大学理学部 4 号館 1220 号室
日時： 2012 年 9 月 3 日（月）∼ 5 日（水）
主催： ビッグバン宇宙国際研究センター
世話人： KAGRA データ解析サブグループ
世界でも数少ない試みとして、大学院生など若手研究者を主な対象とした KAGRA データ解析スクールを
開催した。日本の重力波検出器 KAGRA は、2015 年末の稼働を目指して、東大宇宙線研究所などが中心と
なって、現在神岡鉱山の地下に建設中である。数年以内に実データが手に入るが、一方で、重力波データ解析
研究者は、日本では６人あまりである。そこで、来るべき重力波天文学を見据え、若手データ解析研究者の
発掘・育成を図るため、RESCEU の主催により『KAGRA データ解析スクール @ RESCEU 2012』を開催
した。会議には実に 70 人の研究者・大学院生・学部生が、関西圏を含む国内から参加した。座学の他、C 言
語による演習授業を用意し、参加者に実際のデータ解析手法を体験してもらった。重力波データ解析スクー
ルは世界でいくつか開催されているが、演習を含むスクールは、ユニークな試みである。スクール後のアン
ケートからは内容への十分な満足とスクールへの建設的な提言、重力波天文学への興味の表明を得ることが
でき、極めて実質的で有意義なスクールであった。
プログラム
9 月 3 日 (月)
13:20-13:30
挨拶・事務連絡
13:30-14:30
神田 展行 重力波天文学・重力波データ解析への誘い
14:50-16:40
田越 秀行 重力波データ解析講義１
田越 秀行
重力波データ解析実習１
17:00-18:30
9 月 4 日 (火)
9:00-12:30
田越 秀行
重力波データ解析講義２
13:30-15:30
田越 秀行 重力波データ解析実習２
16:00-18:00
田越 秀行 重力波データ解析実習３
19:00-21:00 伊藤 洋介 9 月 5 日 (水)
重力波データ解析のための統計学初歩 (補講)
9:00-12:00
田越 秀行 重力波データ解析実習４
13:00-15:00
田越 秀行 重力波データ解析実習５
3.6. 2011 年度ノーベル物理学賞受賞 Brian P. Schmidt 博士講演会
3.6
13
2011 年度ノーベル物理学賞受賞 Brian P. Schmidt 博士講演会
日時：2012 年 11 月 19 日 (月)
場所： 東京大学本郷キャンパス安田講堂
主催、後援：東京大学大学院理学系研究科附属天文学教育研究センター、ビッグバン宇宙国際研究センター、
東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構、東京大学大学院理学系研究科（後援）
備考：講演は英語ですが同時通訳が付き、スライドに日本語の用語解説を入れました。
プログラム
司会: 茂山 俊和 准教授 （ビッグバン宇宙国際研究センター）
18:00 – 18:05
相原 博昭 (理学系研究科長)
ご挨拶
18:05 – 19:00
Brian P. Schmidt
“The Accelerating Universe”
3.7
RESCEU Symposium on General Relativity and Gravitation:
The 22nd workshop on General Relativity and Gravitation in
Japan (JGRG 22)
Schedule: November 12(Mon.)-16(Fri.), 2012
Venue: Koshiba Hall, The University of Tokyo, Hongo, Tokyo, Japan
Program
Novermber 12, Mon.
9:00
Registration
10:00
Opening
Chair:
Masahiro Kawasaki
10:15
Abhey Ashtekar
The pre-inflationary dynamics of LQC Confronting quantum gravity
with observations
11:00
Shinji Mukohyama
Nonlinear massive gravity and cosmology
11:45
Mihoko Nojiri
The standard model and beyond after LHC at 8 TeV
12:30
Lunch
14:00
Parallel Sessions
18:30
Reception at the Sanjo Conference Hall
20:00
End
3 シンポジウム・研究会
14
Novermber 13, Tue.
Chair: Shinji Mukohyama
9:00
Andrei Frolov
9:45
Jinn-Ouk Gong
10:30
Chair:
Yasufumi Kojima
11:00
Teruaki Suyama
11:45
Matthias Bartelmann
Primordial non-Gaussianity from preheating
Towards more precise estimates of the primordial bispectrum
break
Testing the origin of primordial perturbation: Use of bi- and trispectrum
Recent developments in gravitational lensing
12:30
Chair:
Lunch
Teruaki Suyama
14:00
14:30
15:00
Ryo Tsutsui
Yousuke Itoh
Kent Yagi
Measuring distance with gamma-ray bursts
Stacking of cluster profiles
Black Hole Solution and Binary Gravitaional Waves in Dynamical
15:30
Yongmin Cho
Chern-Simons Gravity
Restricted Gravitay and Abelian Dominance in Einstein’s Theory
16:00
Hideki Maeda
16:30
Gauss-Bonnet braneworld redux: A novel scenario for the bouncing
universe
Poster and beer
19:00
End
Novermber 14, Wed.
Chair:
Nobuyuki Kanda
9:00
Hideyuki Tagoshi
Search for gravitaional wave events with KAGRA and the world-wide
network of laser interferometers in the advanced detector era
9:45
Takaaki Kajita
Status of KAGRA
10:30
break
Chair:
Seiji Kawamura
11:00
Francesco Fidecaro
Virgo: design, results and perspectives
11:45
David Reitze
LIGO: Recent Resutls, Plans, and Prospects
12:30
Lunch
12:30
Parallel Sessions
18:10
End
3.7. RESCEU Symposium on General Relativity and Gravitation (JGRG 22)
Novermber 15, Thur.
Chair:
Hideki Asada
9:00
Jerome Martin
The cosmological constant problem
9:45
Masahiro Takada
SuMIRe project: Hyper Suprime-Cam (HSC) and Prime Focus Spectrograph (PFS)
10:30
break
Chair:
Hideyuki Tagoshi
11:00
Luc Blanchet
11:45
The first law of binary black hole dynamics
Group photo and lunch
Chair:
Naoshi Sugiyama
13:30
Hideo Kodama
Charmed by spacetime physics – from four to higher dimensions
14:15
Misao Sasaki
A few thoughts on gravity and cosmology
15:00
Toshifumi Futamase
GR in the observational cosmology
Self-service excursion to Ooedo Onsen Monogatari in Odaiba (A free
shuttle bus for participants from abroad leaves at 16:15.)
17:00
Onsen (Hot springs and social hour)
18:30
Banquet at NAKAMURA-ZA
Novermber 16, Fri.
Chair:
Masaru Shibata
9:00
Yuichiro Sekiguchi
Gravitational-wave and neutrino emission from black hole-neutron star
binary merger
9:45
Roman Konoplya
Stability of black holes: summary of some results for the past 10 years
10:30
break
Chair:
Takahiro Tanaka
11:00
Jaume Garriga
Vaccum transitions and the arrow of time
11:45
Alexei Starobinsky
Duration and decay branching ratios of stochastic inflation
12:30
Ken-ichi Maeda
Conclusion
15
3 シンポジウム・研究会
16
Parallel Session
Monday Parallel Session A @ Koshiba Hall (Chair: Tsutomu Kobayashi)
14:00
Sugimura Kazuyuki
Non-gaussian bubbles from tunneling in the inflationary era
14:20
Takamizu Yuichi
Non-linear superhorizon perturbation and nonlinear gaugetransformation
14:40
Pi Shi
Curvature perturbation spectrum in two-field inflation with aturning
trajectory
15:00
Noumi Toshifumi
Effective field theory approach to quasi-single inflation
15:20
Minamitsuji Masato
Revisiting perturbations of a scalar field in an anisotropic universe
15:40
Nakayama Kazunori
Probing dark radiation with inflationary gravitational waves
16:00
Break
16:30
Mukaida Kyohei
Dynamics of oscillating scalar field in thermal environment
16:50
Kunimitsu Taro
Higgs Condensation in the Inflationary Universe
17:10
Kuroyanagi Sachiko
Forecast constraints on cosmic strings from future CMB, pulsartiming
and gravitational wave direct detection experiments
17:30
Panpanich Sirachak
Effects of Chameleon Scalar field on Rotation Curves of theGalaxies
17:50
Nakama Tomohiro
Self-consistent initial conditions for primordial black holeformation
18:10
End
Monday Parallel Session B @ Room 233, Science Bldg 1, 2F (Chair: Yasusada Nambu)
14:00
Nozawa Masato
On the vacua of maximal gauged supergravity
14:20
Watanabe Yuki
Gravity as the origin of spontaneous symmetry breaking in aninflationary
universe
14:40
Kobayashi Shinpei
Fuzzy Objects in Noncommutative Geometry and TheirApplications
15:00
Zhang Hongsheng
Critical exponents of gravity with quantum perturbations
15:20
Yamada Kei
Triangular solution to the general relativistic three-body problem
15:40
Tsukamoto Naoki
Research of the celestial objects by the gravitational lensing
16:00
Break
16:30
Arraut Ivan
Dark Matter and Dark Energy as a single manifestation of afundamental
length scale.
16:50
Hikichi Takayuki
Wave function in 2+1 dimensional causal dynamical triangulation
17:10
Tanabe Kentaro
Selfgravity effects of Blackfold
17:30
Suzuki Ryotaku
Analysis of Gregory-Laflamme mode in large D limit
17:50
Narita Makoto
Global properties of solutions to the Einstein-matter equation
18:10
End
3.7. RESCEU Symposium on General Relativity and Gravitation (JGRG 22)
Wednesday Parallel Session A @ Koshiba Hall (Chair: Ken-ichi Oohara)
14:00
Kyutoku Koutarou
Electromagnetic counterparts to binary neutron star mergers
14:20
Kiuchi Kenta
General relativistic simulations of magnetized binary neutron
starmerger
14:40
Sotani Hajime
Shear Oscillations in Hadron-Quark Mixed Phase
15:00
Yoshida Shin’ichirou
Non-axisymmetric oscillations of rotating relativistic stars byconformally flat approximation
15:20
Saijo Motoyuki
Nonlinear effect of r-mode instability in uniformly rotating stars
15:40
Harada Tomohiro
Upper limits of particle emission from high-energy collision andreaction
near a maximally rotating Kerr black hole
16:00
Break
16:30
Ishihara Hideki
Stable Null Bound Orbits around a Black Ring
16:50
Yoshino Hirotaka
Axion bosenova
17:10
Seto Osamu
Curvaton induced modulated reheating
17:30
Bamba Kazuharu
Finite-time future singularities and Rip cosmology in f (T ) gravity
17:50
Isoyama Soichiro
Adiabatic evolution of resonant orbits in Kerr space time
18:10
End
Wednesday Parallel Session B @ Room 233, Science Bldg 1, 2F (Chair: Atsushi Taruya)
14:00
Namikawa Toshiya
An Improved Method for CMB Lensing Reconstruction and ItsCosmological Applications
14:20
Motohashi Hayato
Cosmological constraints on sterile neutrino mass in f (R) gravity
14:40
Narikawa Tatsuya
Testing gravity with galaxy cluster
15:00
Kimura Rampei
Constraints on general second-order scalar-tensor models fromgravitational Cherenkov radiation
15:20
Yamauchi Daisuke
Weak lensing generated by vector perturbations and detectabilityof cosmic strings
15:40
Gorbunov Dmitry
Higgs-inflation and the latest LHC results
16:00
Break
16:30
Zhang Yingli
Tunneling fields in non-linear Massive Gravity
16:50
Nishizawa Atsushi
Probing for massive gravitational-wave background with a ground-based
detector network
17:10
Yoshida Daisuke
New Cosmological Solutions in Massive Gravity
17:30
Sakakihara Yuki
inflation in bimetric gravity
17:50
Shiraishi Maresuke
Parity violation in the CMB bispectrum
18:10
End
17
3 シンポジウム・研究会
18
Posters
P1
Yi-Peng Wu
Matter density perturbations in modified teleparallel gravity theories of
dark energy
P2
P3
Takashi Hamana
Tomohiro Takahashi
Numerical simulations of gravitatioanl lensing
Instability of Charged Lovelock Black Holes
P4
P5
P6
Chulmoon Yoo
Naomasa Fushimi
Takashi Hiramatsu
Black Hole Universe
Criterion for bound (or unbound) orbits in the Kottler spacetime
Equivalence Principle Violation in Vainshtein Screened Two-Body Sys-
P7
Kouji Nakamura
tems
Problems in nth-order extension of the gauge-invariant perturbation theory
P8
P9
Kohkichi Konno
Hiroki Okawara
Non-inertial effects on Landau levels
Quantum interferometer in Chern-Simons modified gravity
P10
Masato Kaneyama
P11
Junko Ohashi
Excess power method with the Hilbert-Huang transform in search for
gravitational wave signals
Potential-driven Galileon inflation
P12
P13
Masashi Kimura
Ken’ichi Saikawa
High velocity collision of charged shells around a black hole
Evolution and thermalization of axion dark matter in the condensed
P14
P15
Kouichi Nomura
Shuichiro Yokoyama
regime
Ghost in Multimetric gravity
Scale-dependent bias with the higher order primordial non-Gaussianity
P16
P17
Shinya Tomizawa
Takao Kitamura
Local Penrose inequality and non-axisymmetric perturbations
Gravitational lensing by modified lens gravity
P18
P19
P20
Koki Nakajima
Yasumichi Sano
Hideyoshi Arakida
Deflection angle of light in an Ellis wormhole geometry
Gravitational field of a rotating ring around a Schwarzschild black hole
Effect of the cosmological constant on the bending of light and the
P21
Takashi Torii
cosmological lens equation
Graphical approach to the Lovelock black holes
P22
P23
P24
Haruna Murakami
Shunichiro Kinoshita
Jonathan White
Short-range gravity experiment searching for a large extra dimension
Time evolution of D-brane in holographic QCD
Curvature perturbation in multi-field inflation with non-minimal cou-
P25
Ryo Saito
pling
Features in the CMB spectrum as a probe of heavy physics during in-
P26
Keiki Saito
flation
High frequency limit for gravitational perturbations of cosmological
models
P27
Koji Izumi
in modified gravity theories
Perturbative solutions to the lens equation for multiple lens planes: SIS
P28
P29
Hisaaki Shinkai
Yuta Yamada
lens
Wormhole dynamics in Gauss-Bonnet gravity
Numerical Study of 5-dimensional Gravitational Collapses
P30
Takao Fukui
Effect of Metric Perturbations in Vacuum 5D Universe on Material 4D
Universe
3.8. RESCEU 観測的宇宙論ワークショップ
19
P31
P32
Yuuiti Sendouda
Saki Tanaka
Gravitational wave background in Einstein plus Weyl gravity
Search of strong gravitational field around nuclei using electron-nuclear scattering experiment by geodetic precession
P33
P34
Hiromi Saida
Kotaro Fujisawa
Theory for observational verification of black hole existence
Equilibrium states of magnetized disc-central compact object systems
P35
P36
P37
Seiju Ohashi
Takuya Maki
Yuhei Miyamoto
Gravitational collapse of the Einstein cluster in the Lovelock gravity
Einstein equation of state and its cosmological applications
The effect of gauge fields on oscillating scalar fields at finite temperature
P38
P39
Hiromi Suzuki
Kazunari Eda
Cosmic wiggly string in black hole spacetime
Effect of dark matter halos around IMBHs on gravitational wave
3.8
RESCEU 観測的宇宙論ワークショップ
日時：2012 年 11 月 27 日 (火)∼29 日 (木)
場所： 東京大学本郷キャンパス理学部化学館 5 階講堂
世話人：市來 淨與、樽家 篤史、浜名 崇、日影 千秋
11 月 27 日から 29 日にかけて行った観測的宇宙論ワークショップは、当日参加を含めて７７名の参加者が
集まり、国内研究会として大変盛況なものになった。観測の大型化に伴い、特定の観測プロジェクトに関す
る研究会は近年頻繁に行われているが、本ワークショップではそうしたプロジェクトにとらわれず、理論・観
測双方から研究者の興味・関心に基づく研究について講演してもらい、広く意見交換することができた。参
加者の多くが若手で、この分野の関心が高いことが示された。
プログラム
11 月 27 日 (火)
10:00 - 10:10 10:10 - 11:00 11:00 - 11:30 11:30 - 12:00 開会の挨拶
杉山 直
市來 淨與
茅根 裕司
CMB による観測的宇宙論
独立成分分析を用いた PLANCK CMB データからの CO 成分の除去
宇宙マイクロ波背景放射偏光観測実験 POLARBEAR による B-mode
測定の現状と今後
12:00 - 12:30 松村 知岳
宇宙マイクロ波背景放射偏光測定のための小型衛星 LiteBIRD
12:30 - 13:30
13:30 - 14:00 14:00 - 14:30 松尾 宏
光子統計からわかる宇宙背景放射の物理
山内 大介
Gauge-invariant formulation for cosmic shear and CMB-lensing
14:30 - 15:00 並河 俊弥
CMB の弱い重力レンズ精密測定に向けた方法論の構築とその宇宙論へ
の応用
15:00 - 15:20 大山 祥彦
宇宙論的な 21cm 線放射と CMB の将来観測によるニュートリノ質量
Lunch
とその階層構造への制限
15:20 - 15:50 Coffee Break
15:50 - 16:40 16:40 - 17:10 高橋 慶太郎
銀河間磁場で探る初期宇宙
山崎 大 宇宙背景放射とビッグバン元素合成による原初磁場の制限
17:10 - 17:40 17:40 - 18:00 白石 希典 Non-Gaussian observables due to primordial vector field
Magnetic field generation in Einstein-Aether gravity
嵯峨 承平 3 シンポジウム・研究会
20
11 月 28 日 (水)
9:30 - 10:20 戸谷 友則
FastSound プロジェクトの現状と展望
10:20 - 10:40 舎川 元成
すばる望遠鏡 FMOS による FastSound 計画
10:40 - 11:00 橋本 拓也
静止系 UV-可視分光によって分かった Ly α輝線銀河の観測的性質
11:00 - 11:20 Coffee Break
11:20 - 11:50 松本 敏雄
近赤外背景放射の観測
11:50 - 12:10 石川 敬視
N 体シミュレーションを用いたハロー分布の RSD 解析による線形成長率
f 測定の系統誤差の検証
12:10 - 12:30 岡 アキラ
N 体シミュレーションを用いた LRG バイアスモデルの構築
12:30 - 13:30 Lunch
13:30 - 14:20 山本 一博
銀河団で探る修正重力
14:20 - 14:50 成川 達也
Vainshtein mechanism in cluster lensing
14:50 - 15:10 岡田 裕行
RSD を用いた修正重力理論の制限
15:10 - 15:30 青山 尚平
2 つの有限の質量の粒子に崩壊する暗黒物質が観測量に与える影響につ
いて
15:30 - 16:00 16:00 - 16:50 Coffee Break
松原 隆彦
宇宙の大規模構造による観測的宇宙論
16:50 - 17:20 立川 崇之
Lagrange 的摂動論の高次解とその応用
17:20 - 17:50 西道 啓博
原始揺らぎの非ガウス性のハローバイアスに及ぼす影響
17:50 - 18:20 斎藤 俊 銀河クラスタリング分布パワースペクトルの最適測定法
18:40 懇談会
11 月 29 日 (木)
10:00 - 10:50 高田 昌広 宇宙論における撮像、分光銀河サーベイの相補性
10:50 - 11:20 日影 千秋 Where are Luminous Red Galaxies? Using correlation and lensing
measurements to correct the Finger-of-God
11:20 - 11:50 正木 彰伍 Understanding the nature of LRGs:Connecting LRGs to central and
satellite subhalos
11:50 - 12:20 西澤 淳 Baryon Acoustic Oscillation with Cross Correlation of Spectroscopic
and Photometric Galaxies
12:20 - 13:30 13:30 - 14:00 Lunch
高橋 龍一
ＱＳＯ重力レンズ多重のフラックス異常問題に対する視線方向のダー
クハローの影響について
14:00 - 14:30 加用 一者
弱い重力レンズ場バイスペクトルの共分散行列
14:30 - 14:50 白崎 正人
重力レンズミンコフスキー汎関数を使った宇宙論的テスト
14:50 - 15:10 島袋 隼士
Probing minihalo abundance with 21cm absorption
3.9. ビッグバンセンタークリスマス講演会 & Party 2012
3.9
21
ビッグバンセンタークリスマス講演会 & Party 2012 ∼中高生・大
学生へのメッセージ∼
日時：2012 年 12 月 25 日 (火)
場所： 東京大学理学部 1 号館中央棟小柴ホール
備考：東京大学大学院理学系研究科附属ビッグバン宇宙国際研究センター第 11 回公開講演会を兼ねています。
プログラム
15:00 – 15:55
須山 輝明
「どんどん広がる宇宙とその仲間たち」
16:00 – 16:55
17:00 –
筒井 亮
「星たちが奏でる物語」
3.10
小柴ホール前ホワイエにてパーティー
KAGRA データ解析スクール @ NAOJ 2013
場所：国立天文台すばる棟大セミナー室
日時： 2013 年 2 月 20 日（月）∼ 22 日 (水)
主催： ビッグバン宇宙国際研究センター、KAGRA、新学術領域研究「重力波天体の多様な観測による重力
波物理学の新展開」、国立天文台重力波プロジェクト推進室
世話人： KAGRA データ解析サブグループ、中村康二（国立天文台）
『KAGRA データ解析スクール @ RESCEU 2012』の成功とその後のアンケートによる次回開催への要望
から、早くも 2 回目のデータ解析スクールを開催することになった。開催場所は TAMA 検出器の見学という
サービスを考慮して国立天文台とした。スクール後のアンケートによると、TAMA 見学はとくに楽しんでも
らえたようである。また、外部講師による検出器・スペクトル解析・重力波源（超新星爆発）に関する講義は
どれも好評であった。第 2 回目となる本スクールは、第 1 回の実績を認められ、RESCEU 以外に、KAGRA、
新学術領域研究「重力波天体の多様な観測による重力波物理学の新展開」、国立天文台重力波プロジェクト推
進室からの支援を得ることができた。今回のスクールの参加者はリピーターを含め 60 人であった。その中に
は福岡から学部 3 年生も参加していた。スクールの内容は前回同様、座学と演習にわかれ、演習では octave
を駆使したバースト解析の実際について学んだ。スクール後、3 月 1 日・2 日に大阪市立大学で開催された上
記新学術領域のシンポジウムにおいてスクールに関する報告がなされたが、理解と賛同を得ることができた
（領域代表からアジア出張スクールのご提言もいただいた）。
プログラム
2 月 20 日 (月)
13:00-13:10
13:10-14:00 端山 和大
14:00-14:45
14:45-15:00
15:00-16:30
16:30-16:40
17:00-18:00
端山 和大
Opening
講義１ バースト重力波とその解析・探索について
演習１ 今回の解析環境の確認
（休憩）
麻生 洋一
講義２ 干渉計基礎講義
（休憩）
端山 和大
演習２ バースト波形探索（１）
3 シンポジウム・研究会
22
2 月 21 日 (火)
9:00-10:30
固武 慶
10:30-10:40
講義３ 超新星マルチメッセンジャー関連
（休憩）
10:40-12:00
12:00-13:00
端山 和大
13:00-14:30
14:30-17:30
三尾 典克 講義４ スペクトル解析基礎講義
端山 和大、神田 展行、伊藤 洋介
演習４ バースト波形探索（３）
辰巳 大輔
TAMA 見学 (20 名程度の数班にわかれて逐次）
（休憩）
18:00-20:00
2 月 22 日 (水)
9:00-12:00
端山 和大
12:00-12:50
12:50-13:00
演習３ バースト波形探索（２）
端山 和大
懇談会 演習５ バースト波形探索（４）
演習の答え合わせ、解説
Closing
23
4 プレプリント・リスト
RESCEU-100/12
f(R) Cosmology and Massive Neutrinos, H. Motohashi, A. A. Starobinsky and J. Yokoyama, Int. J.
Mod. Phys. Conf. Ser. 10, 35 (2012).
RESCEU-99/12
Mass and metallicity constraints on supernova progenitors derived from integral field spectroscopy of
the environment, Kuncarayakti, H., Doi, M., Aldering, G., Arimoto, N., Maeda, K., Morokuma, T.,
Pereira, R., Usuda, T., and Hashiba, Y., Death of Massive Stars: Supernovae and Gamma-Ray Bursts,
Proceedings of the International Astronomical Union, IAU Symposium, Volume 279, p. 343–344.
RESCEU-98/12
Supernova Progenitor Mass and Metallicity from Integral Field Spectroscopic Study of the Environment, Kuncarayakti, H., Doi, M., Aldering, G., Arimoto, N., Maeda, K., Morokuma, T., Pereira, R.,
Usuda, T., and Hashiba, Y., Galactic Archaeology: Near-Field Cosmology and the Formation of the
Milky Way. ASP Conference Proceedings, Vol. 458. San Francisco, CA: Astronomical Society of the
Pacific, p.43–44.
RESCEU-97/12
Observational Studies of Type Ia Supernovae at High and Intermediate redshift, Doi, M., Suzuki, N.,
and Supernova Cosmology Project 2012, Galactic Archaeology: Near-Field Cosmology and the Formation of the Milky Way. ASP Conference Proceedings, Vol. 458. San Francisco, CA: Astronomical
Society of the Pacific, p.21–25.
RESCEU-96/12
Search for a Stochastic Gravitational-wave Background with Torsion-bar Antennas, Ayaka Shoda et
al, J. Phys.: Conf. Ser. bf 363 012017 (2012).
RESCEU-95/12
Extragalactic Science and Cosmology with the Subaru Prime Focus Spectrograph (PFS), Richard Ellis,
Masahiro Takada, Hiroaki Aihara, Nobuo Arimoto, Kevin Bundy, Masashi Chiba, Judith Cohen,
Olivier Dore, Jenny E. Greene, James Gunn, Timothy Heckman, Chris Hirata, Paul Ho, Jean-Paul
Kneib, Olivier Le Fevre, Hitoshi Murayama, Tohru Nagao, Masami Ouchi, Michael Seiffert, John
Silverman, Laerte Sodre Jr, David Spergel, Michael A. Strauss, Hajime Sugai, Yasushi Suto, Hideki
Takami, Rosemary Wyse, the PFS Team [arXiv:1206.0737 (astro-ph)] Publication of Astronomical
Society of Japan, (2012) in press.
RESCEU-94/12
Protostellar Feedback and Final Mass of the Second-generation Primordial Stars, Takashi Hosokawa,
Naoki Yoshida, Kazuyuki Omukai, Harold W. Yorke; The Astrophysical Journal, 760 (2012) 37L
RESCEU-93/12
Imaging Simulations of the Sunyaev-Zel’dovich Effect for ALMA, Kenkichi Yamada, Tetsu Kitayama,
Shigehisa Takakuwa, Daisuke Iono, Takahiro Tsutsumi, Kotaro Kohno, Motokazu Takizawa, Kohji
Yoshikawa, Takuya Akahori, Eiichiro Komatsu, Yasushi Suto, Hiroshi Matsuo, Ryohei Kawabe; Publication of Astronomical Society of Japan, 64 (2012)102
RESCEU-92/12
A Common Proper Motion Stellar Companion to HAT-P-7, Norio Narita, Yasuhiro H. Takahashi,
Masayuki Kuzuhara, Teruyuki Hirano, et al.; Publications of the Astronomical Society of Japan, 64
(2012) L7
24
4 プレプリント・リスト
RESCEU-91/12
Planet-Planet Eclipse and the Rossiter-McLaughlin Effect of a Multiple Transiting System: Joint
Analysis of the Subaru Spectroscopy and the Kepler Photometry, Teruyuki Hirano, Norio Narita,
Bun’ei Sato, Yasuhiro H. Takahashi, Kento Masuda, Yoichi Takeda, Wako Aoki, Motohide Tamura,
Yasushi Suto; The Astrophysical Journal Letters, 759 (2012) L36
RESCEU-90/12
Obliquities of Hot Jupiter Host Stars: Evidence for Tidal Interactions and Primordial Misalignments,
Simon Albrecht, Joshua N. Winn, John Asher Johnson, Andrew W. Howard, Geoffrey W. Marcy, Paul
Butler R., Pamela Arriagada, Jeffrey D. Crane, Stephen A. Shectman, Ian B. Thompson, Teruyuki
Hirano, Gaspar Bakos, Joel D. Hartman; The Astrophysical Journal, 757 (2012) 18
RESCEU-89/12
Direct and fast calculation of regularized cosmological power spectrum at two-loop order, Atsushi
Taruya, Francis Bernardeau, Takahiro Nishimichi, Sandrine Codis; Physical Review D, 86 (2012)
103528
RESCEU-88/12
Scatter and bias in weak lensing selected clusters, Takashi Hamana, Masamune Oguri, Masato Shirasaki, and Masanori Sato; Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, (2012) 425 (3)
2287-2298
RESCEU-87/12
Can Ground-based Telescopes Detect The Oxygen 1.27 Micron Absorption Feature as a Biomarker in
Exoplanets ?, H. Kawahara, T. Matsuo, M. Takami, Y. Fujii, T. Kotani, N. Murakami, M. Tamura,
and O. Guyon: The Astrophysical Journal, 758 (2012) 13
RESCEU-86/12
Perturbation theory for nonlinear halo power spectrum: the renormalized bias and halo bias, A.
Nishizawa, M. Takada and T. Nishimichi; [arXiv:1212.4025 (astro-ph)]The Astrophysical Journal,
758 (2012) 13
RESCEU-85/12
Scale Dependence of the Halo Bias in General Local-Type Non-Gaussian Models I: Analytical Predictions and Consistency Relations, T. Nishimichi; JCAP (2012) 08 037
RESCEU-84/12
Resonant Signatures of Heavy Scalar Fields in the Cosmic Microwave Background R. Saito, M.
Nakashima, Y. Takamizu, and J. Yokoyama; [arXiv:1206.2164 (astro-ph)]JCAP 2012 1211 036
RESCEU-83/12
Length sensing and control strategies for the LCGT interferomete, Y. Aso, K. Somiya and O.
Miyakawa; Class. Quantum Grav. 29 124008 (2012).
RESCEU-82/12
Two-phase ICM in the Central Region of the Rich Cluster of Galaxies A1795: A Joint Chandra,
XMM-Newton, and Suzaku View, Gu, Liyi; Xu, Haiguang; Gu, Junhua; Kawaharada, Madoka;
Nakazawa, Kazuhiro; Qin, Zhenzhen; Wang, Jingying; Wang, Yu; Zhang, Zhongli; Makishima, Kazuo;
[arXiv:1202.3196 (astro-ph)]Astrophys. J. , vol.749, Issue 2, article id. 186, 18 pp. (2012).
RESCEU-81/12
Possible Detection of an Emission Cyclotron Resonance Scattering Feature from the Accretion-powered
Pulsar 4U 1626-67, Iwakiri, W. B.; Terada, Y.; Mihara, T.; Angelini, L.; Tashiro, M. S.; Enoto, T.;
Yamada, S.; Makishima, K.; Nakajima, M.; Yoshida, A.; [arXiv:1205.1804 (astro-ph)]Astrophys.
J. ,vol.751, Issue 1, article id. 35, 11 pp. (2012).
RESCEU-80/12
Observation of thundercloud-related gamma rays and neutrons in Tibet, Tsuchiya, H.; Hibino, K.;
Kawata, K.; Hotta, N.; Tateyama, N.; Ohnishi, M.; Takita, M.; Chen, D.; Huang, J.; Miyasaka, M.;
and 12 coauthors; [arXiv:1204.2578 (astro-ph)]Phys. Rev. D,vol. 85, Issue 9, id. 092006
25
RESCEU-79/12
Inverse Compton X-Ray Emission from Supernovae with Compact Progenitors: Application to
SN2011fe, Margutti, R.; Soderberg, A. M.; Chomiuk, L.; Chevalier, R.; Hurley, K.; Milisavljevic,
D.; Foley, R. J.; Hughes, J. P.; Slane, P.; Fransson, C.; and 32 coauthors; [arXiv:1202.0741 (astroph)]Astrophys. J. ,vol.751, Issue 2, article id. 134, 10 pp. (2012).
RESCEU-78/12
Data-Oriented Diagnostics of Pileup Effects on the Suzaku XIS, Yamada, Shin’ya; Uchiyama, Hideki;
Dotani, Tadayasu; Tsujimoto, Masahiro; Katsuda, Satoru; Makishima, Kazuo; Takahashi, Hiromitsu;
Noda, Hirofumi; Torii, Shunsuke; Sakurai, Soki; and 4 coauthors [arXiv:1112.1844 (astro-ph)]Publ.
Astron. Soc. Japan,Vol.64, No.3, Article No.53, 12 pp., (2012).
RESCEU-77/12
Broadband Spectral Analysis of the Galactic Ridge X-Ray Emission, Yuasa, Takayuki; Makishima,
Kazuo; Nakazawa, Kazuhiro; [arXiv:1205.1574 (astro-ph)]Astrophys. J. ,vol.753, Issue 2, article id.
129, 16 pp. (2012).
RESCEU-76/12
A New Low Magnetic Field Magnetar: The 2011 Outburst of Swift J1822.3-1606, Rea, N.; Israel, G.
L.; Esposito, P.; Pons, J. A.; Camero-Arranz, A.; Mignani, R. P.; Turolla, R.; Zane, S.; Burgay, M.;
Possenti, A.; and 13 coauthors; [arXiv:1203.6449 (astro-ph)]Astrophys. J. ,vol.754, Issue 1, article
id. 27, 13 pp. (2012).
RESCEU-75/12
Accretion Geometry of the Low-Mass X-Ray Binary Aquila X-1 in the Soft and Hard States, Sakurai,
Soki; Yamada, Shin’ya; Torii, Shunsuke; Noda, Hirofumi; Nakazawa, Kazuhiro; Makishima, Kazuo;
Takahashi, Hiromitsu; [arXiv:1201.5891 (astro-ph)]Publ. Astron. Soc. Japan,Vol.64, No.4, Article
No.72, 12 pp., (2012).
RESCEU-74/12
Gamma-Ray Observations of the Orion Molecular Clouds with the Fermi Large Area Telescope, Ackermann, M.; Ajello, M.; Allafort, A.; Antolini, E.; Baldini, L.; Ballet, J.; Barbiellini, G.; Bastieri, D.;
Bechtol, K.; Bellazzini, R.; and 135 coauthors; [arXiv:1207.0616 (astro-ph)]Astrophys. J. ,vol.756,
Issue 1, article id. 4, 16 pp. (2012).
RESCEU-73/12
Spectral comparison of weak short bursts to the persistent X-rays from the magnetar 1E 1547.0-5408
in its 2009 outburst, Enoto, T.; Nakagawa, Y. E.; Sakamoto, T.; Makishima, K.; [arXiv:1209.1714
(astro-ph)]Mon. Not. R. Astron. Soc.,vol. 427, Issue 4, pp. 2824-2840.
RESCEU-72/12
Possible existence of Ep-Lp and Ep-Eiso correlations for Short Gamma-Ray Bursts with a factor 5
to 100 dimmer than those for Long Gamma-Ray Bursts, Ryo Tsutsui, Daisuke Yonetoku Takashi
Nakamura, Keitaro Takahashi, Yoshiyuki Morihara; [arXiv:1208.0429 (astro-ph)] Monthly Notices of
the Royal Astronomical Society, Volume 431, Issue 2, p.1398-1404.
RESCEU-71/12
Identifying Subclasses of Long Gamma-Ray Bursts with Cumulative Light Curve Morphology of
Prompt Emissions, Ryo Tsutsui, Takashi Nakamura, Daisuke Yonetoku, Keitaro Takahashi, Yoshiyuki
Morihara; [arXiv:1201.2763 (astro-ph)] Publications of the Astronomical Society of Japan, Vol.65,
No.1, Article No.3, 11 pp (2013).
RESCEU-70/12
Gamma-Ray Bursts are precise distance indicators similar to Type Ia Supernovae?, Ryo Tsutsui,
Takashi Nakamura, Daisuke Yonetoku, Keitaro Takahashi, Yoshiyuki Morihara; [arXiv:1205.2954
(astro-ph)].
RESCEU-69/12
Prospects for frequency comparison of Sr and Hg optical lattice clocks toward 1e-18 uncertainties,
Frequency Control Symposium (FCS), H. Katori, et al, IEEE International pp. 1-6 (2012).
26
4 プレプリント・リスト
RESCEU-68/12
Optics Design and Optimizations of the Multi-color TES Bolometer Camera for the ASTE Telescope, Takekoshi, T., Minamidani, T., Nakatsubo, S., Oshima, T., Kawamura, M., Matsuo, H., Sato,
T.,Halverson, N. W., Lee, A. T., Holzapfel, W. L., Tamura, Y., Hirota, A., Suzuki, K., Izumi, T.,
Sorai,K., Kohno, K., Kawabe, R.; IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2 (2012) 584-592.
RESCEU-67/12
NRO M 33 All-Disk Survey of Giant Molecular Clouds (NRO MAGiC). II Dense Gas Formation,
Onodera, S., Kuno, N., Tosaki, T., Muraoka, K., Miura, R. E., Kohno, K., Nakanishi, K., Sawada, T.,
Komugi, S., Kaneko, H., Hirota, A., and Kawabe, R.; Publ. Astron. Soc. Japan, 64 (2012) article
no.133 (15 pp).
RESCEU-66/12
A deep ATCA 20 cm radio survey of the AKARI Deep Field South near the South Ecliptic Pole, White,
G. J., Hatsukade, B., Pearson, C., Takagi, T., Sedgwick, C., Matsuura, S., Matsuhara, H.,, Serjeant,
S., Nakagawa, T., Lee, H. M., Oyabu, S., Jeong, W.-S., Shirahata, M., Kohno, K., Yamamura, I.,
Hanami, H., Goto, T., Makiuti, S., Clements, D. L., Malek, K., and Khan, S. A.; Mon. Not. R.
Astron. Soc., 427 (2012) 1830-1846.
RESCEU-65/12
Giant Molecular Cloud Evolutions in the Nearby Spiral Galaxy M33, Miura, R. E., Kohno, K., Tosaki,
T., Espada, D., Hwang, N., Kuno, N., Okumura, S. K., Hirota, A., Muraoka, K., Onodera, S.,
Minamidani, T., Komugi, S., Nakanishi, K., Sawada, T., Kaneko, H., and Kawabe, R.; Astrophys.
J. , 761 (2012) article id.37 (23 pp).
RESCEU-64/12
Imaging Simulations of the Sunyaev-Zel’dovich Effect for ALMA, Yamada, K., Kitayama, T.,
Takakuwa, S., Iono, D., Tsutsumi, T., Kohno, K., Takizawa, M., Yoshikawa, K., Akahori, T., Komatsu, E., Suto, Y., Matsuo, H., and Kawabe, R.; Publ. Astron. Soc. Japan, 64 (2012) article
no.102 (16 pp.).
RESCEU-63/12
Initial Results from Nobeyama Molecular Gas Observations of Distant Bright Galaxies, Iono, D.,
Hatsukade, B., Kohno, K., Kawabe, R.,, Ikarashi, S., Ichikawa, K., Kodama, T., Motohara, K.,
Nakajima, T., Nakanishi, K., Ohta, K., Ota, K., Saito, T., Suzuki, K., Tadaki, K.-i., Tamura, Y.,
Ueda, J., Umehata, H., Yabe, K., Yoshida, T., Yuma, S., Kuno, N., Takano, S., Iwashita, H., Handa,
K., Higuchi, A., Hirota, A., Ishikawa, S., Kimura, K., Maekawa, J., Mikoshiba, H., Miyazawa, C.,
Miyazawa, K., Muraoka, K., Ogawa, H., Onodera, S., Saito, Y., Sakai, T., Takahashi, S., and Yun,
M. S.; Publ. Astron. Soc. Japan, 64 (2012) L2 (4 pp.).
RESCEU-62/12
Design Evolution of the Spiderweb TES Bolometer for Cosmology Applications, Westbrook, B., Lee,
A., Meng, X., Suzuki, A., Arnold, K., Shirokoff, E., George, E., Aubin, F., Dobbs, M., MacDermid,
K., Hanany, S., Raach, K., Aboobaker, A., Hubmayr, J., Oshima, T., Kawamura, M., and Kohno,
K.; Journal of Low Temperature Physics, 167 (2012) 885-891.
RESCEU-61/12
A Ly alpha Emitter with an Extremely Large Rest-frame Equivalent Width of ∼900 A at z = 6.5:
A Candidate Population III-dominated Galaxy?, N. Kashikawa and 15 coauthors; [arXiv:1210.4933
(astro-ph)] The Astrophysical Journal, Volume 761, Issue 2, article id. 85, 10 pp. (2012).
RESCEU-60/12
The Si/CdTe semiconductor detector for hard X-ray imager (HXI) onboard ASTRO-H, Hagino K.,
Nakano T., Sato G., Takeda S., Odaka H., Watanabe S., Nakazawa K., Kokubun M., Takahashi T.,
and the HXI/SGD Team, proc: HIGH ENERGY GAMMA-RAY ASTRONOMY: 5th International
Meeting on High Energy Gamma-Ray Astronomy, AIP Conf. Proc. Vol. 1505, pp. 809-812 (2012).
RESCEU-59/12
What are being discovered by the forefront cosmic X-ray observations?, Makishima, K., The 11th
International Symposium on Origin of Matter and Evolution of Galaxies (OMEG11), AIP Conf.
Proc. Vol. 1484, pp.161-168 (refereed; 2012).
27
RESCEU-58/12
Optical, UV and soft x-ray transmission of optical blocking layer for the x-ray CCD, Kawai, K.,
Kohmura, T., Ikeda, S., Kaneko, K., watanabe, T., Tsunemi, H., Hayashida, K., Anabuki, N., Nakajima, H., Ueda, S., Tsuru, T. G., Dotani, T., Ozaki, M., Matsuta, K., Fujinaga, T., Kitamoto, S.,
Murakami, H., Hiraga, J., et al., AIP Conf. Proc. Vol. 1427, pp.255-256 (2012).
RESCEU-57/12
Diversity of Type Ia Supernovae Imprinted in Chemical Abundances, T. Tsujimoto and T. Shigeyama;
[arXiv:1210.7829 (astro-ph)] The Astrophysical Journal Letters, Volume 760, Issue 2, article id. L38,
5 pp. (2012).
RESCEU-56/12
Probing explosion geometry of core-collapse supernovae with light curves of the shock breakout, A.
Suzuki and T. Shigeyama; [astro-ph] Proceedings of the International Astronomical Union, IAU
Symposium, Volume 279, p. 285-288 (2012).
RESCEU-55/12
Soft X-ray response of the x-ray CCD camera directly coated with optical blocking layer, Ikeda, S.,
Kohmura, T., Kawai, K., Kaneko, K., Watanabe, T., Tsunemi, H., Hayashida, K., Anabuki, N.,
Nakajima, H., Ueda, S., Tsuru, T. G., Dotani, T., Ozaki, M., Matsuta, K., Fujinaga, T., Kitamoto,
S., Murakami, H., Hiraga, J., et al., AIP Conf. Proc. Vol. 1427, pp.253-254 (2012).
RESCEU-54/12
Initial Results from Nobeyama Molecular Gas Observations of Distant Bright Galaxies Iono, D.,
Hatsukade, B., Kohno, K., Kawabe, R.,, Ikarashi, S., Ichikawa, K., Kodama, T., Motohara, K.,
Nakajima, T., Nakanishi, K., Ohta, K., Ota, K., Saito, T., Suzuki, K., Tadaki, K.-i., Tamura, Y.,
Ueda, J., Umehata, H., Yabe, K., Yoshida, T., Yuma, S., Kuno, N., Takano, S., Iwashita, H., Handa,
K., Higuchi, A., Hirota, A., Ishikawa, S., Kimura, K., Maekawa, J., Mikoshiba, H., Miyazawa, C.,
Miyazawa, K., Muraoka, K., Ogawa, H., Onodera, S., Saito, Y., Sakai, T., Takahashi, S., Yun, M. S.;
2012, PASJ, 64, L2, 4 pp.
RESCEU-53/12
A New 100-GHz Band Two-Beam Sideband-Separating SIS Receiver for Z-Machine on the NRO 45-m
Radio Telescope, Nakajima, T., Kimura, K., Nishimura, A., Iwashita, H., Miyazawa, C., Sakai, T.,
Iono, D., Kohno, K., Kawabe, R., Kuno, N., Ogawa, H., Asayama, S., Tamura, T., Noguchi, T., 2012,
PASP, 125, 252-262
RESCEU-52/12
The 3 mm Spectral Line Survey toward the Lynds 1157 B1 Shocked Region. I. Data, T. Yamaguchi,
S. Takano, Y. Watanabe, N. Sakai, T. Sakai, S.-Y. Liu, Y.-N. Su, N. Hirano, S. Takakuwa, Y. Aikawa,
H. Nomura, and S. Yamamoto, Publ. Astron. Soc. Japan 64, 105 (45 pp) (2012).
RESCEU-51/12
Detection of Far Infrared Emission from Galaxies and Quasars in the Galactic Extinction Map by
Stacking Analysis, T.Kashiwagi, K.Yahata, Y.Suto; [arXiv:1212.0307 (astro-ph)] Publications of the
Astronomical Society of Japan, Vol.65, No.2, Article No.43, 12 pp (2013).
RESCEU-50/12
Theoretical Models of Dark Energy, Jaewon Yoo and Yuki Watanabe, arXiv:1212.4726, Int. J. Mod.
Phys. D 21, 1230002 (2012) [53 pages].
RESCEU-49/12
Revising the Halofit Model for the Nonlinear Matter Power Spectrum, R. Takahashi, M. Sato, T.
Nishimichi, and A. Taruya, M. Oguri; [arXiv:1208.2701 (astro-ph)] The Astrophysical Journal, Volume 761, Issue 2, article id. 152, 10 pp. (2012).
RESCEU-48/12
Probing primordial non-Gaussianity with weak-lensing Minkoswki functionals, M.Shirasaki,
N.Yoshida, T.Hamana and T.Nishimichi; [arXiv:1204.4981 (astro-ph)] The Astrophysical Journal,
Volume 760, Issue 1, article id. 45, 6 pp. (2012).
RESCEU-47/12
Ultra Slow-Roll Inflation and the non-Gaussianity Consistency Relation, Jerome Martin, Hayato
Motohashi, and Teruaki Suyama; [arXiv:1211.0083 (astro-ph)]Phys. Rev. D87 (2013) 023514.
28
4 プレプリント・リスト
RESCEU-46/12
Forecast constraints on cosmic strings from future CMB, pulsar timing and gravitational wave direct
detection experiments, Sachiko Kuroyanagi, Koichi Miyamoto, Toyokazu Sekiguchi, Keitaro Takahashi, Joseph Silk; [arXiv:1210.2829 (astro-ph)] Physical Review D, vol. 87, Issue 2, id. 023522
(2013).
RESCEU-45/12
Gravitational wave signal from massive gravity, A. Emir Gumrukcuoglu, Sachiko Kuroyanagi, Chunshan Lin, Shinji Mukohyama, Norihiro Tanahashi; [arXiv:1208.5975 (hep-th)] Classical and Quantum
Gravity, Volume 29, Issue 23, id. 235026 (2012).
RESCEU-44/12
Primordial Spikes from Wrapped Brane Inflation, Takeshi Kobayashi and Jun’ichi Yokoyama; Journal
of Cosmology and Astroparticle Physics, Issue 02, article id. 005, pp. (2013).
RESCEU-43/12
Consequences of a stochastic approach to the conformal invariance of inflationary correlators, Hayato
Motohashi, Teruaki Suyama and Jun’ichi Yokoyama; [arXiv:1210.2497 (hep-th)]Phys. Rev. D86
(2012) 123514.
RESCEU-42/12
Mapping Earth Analogs from Photometric Variability: Spin-Orbit Tomography for Planets in Inclined
Orbits, Yuka Fujii and Hajime Kawahara; [arXiv:1204.3504 (astro-ph)] The Astrophysical Journal,
Volume 755, Issue 2, article id. 101, 14 pp. (2012).
RESCEU-41/12
Self-accelerating solutions in massive gravity on an isotropic reference metric, Hayato Motohashi and
Teruaki Suyama; [arXiv:1208.3019 (hep-th)]Phys. Rev. D 86, 081502(R) (2012).
RESCEU-40/12
Higgs condensation as an unwanted curvaton, Taro Kunimitsu, Jun’ichi Yokoyama; [arXiv:1208.2316
(hep-ph)] Physical Review D, vol. 86, Issue 8, id. 083541 (2012).
RESCEU-39/12
Weak lensing generated by vector perturbations and detectability of cosmic strings, D. Yamauchi,
T. Namikawa, and A. Taruya; [arXiv:1205.2139 (astro-ph)] Journal of Cosmology and Astroparticle
Physics, Issue 10, article id. 030 (2012).
RESCEU-38/12
RegPT: Direct and fast calculation of regularized cosmological power spectrum at two-loop order, A.
Taruya, F. Bernardeau, T. Nishimichi, and S. Codis; [arXiv:1208.1191 (astro-ph)] Physical Review
D, vol. 86, Issue 10, id. 103528 (2012).
RESCEU-37/12
Cosmic strings with twisted magnetic flux lines and wound-strings in extra dimensions, Matthew Lake
and Jun’ichi Yokoyama; Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Issue 09, article id. 030
(2012).
RESCEU-36/12
DNC/HNC Ratio of Massive Clumps in Early Evolutionary Stages of High-Mass Star Formation,
T. Sakai, N. Sakai, K. Furuya, Y. Aikawa, T. Hirota, and S. Yamamoto; [arXiv:1201.4430 (astroph)]Astrophys. J., 747, 140 (10 p) (2012).
RESCEU-35/12
CH Radio Emission from Heiles Cloud 2 As a Tracer of Molecular Cloud Evolution, N. Sakai, H.
Maezawa, T. Sakai, K.M. Menten, and S. Yamamoto, Astron. Astrophys. 546, A103 (8 pp) (2012).
RESCEU-34/12
3.1 THz Heterodyne Receiver Using an NbTiN Hot- Electron Bolometer Mixer and a Quantum Cascade Laser, S. Shiba, Y. Irimajiri, T. Yamakura, H. Maezawa, N. Sekine, I. Hosako, and S. Yamamoto;
IEEE Tran. Terahertz Sci. Tech. 2, 22-28 (2012).
29
RESCEU-33/12
Search for Antihelium with the BESS-Polar Spectrometer, Abe, K., Fuke, H., Haino, S., Hams, T.,
Hasegawa, M., Horikoshi, A., Itazaki, A., Kim, Kumazawa, T., Kusumoto, A., Lee, M.H., Makida,
Y., Matsuda, S., Matsukawa, Y., Matsumoto, K., Mitchell, J.W., Myers, Z., Nishimura, J., Nozaki,
M., Orito, R., Ormes, J.F., Sakai, K., Sasaki, M., Seo, E.S., Shikaze, Y., Shinoda, R., Streitmatter,
R.E., Suzuki, J., Takasugi, Y., Takeuchi, K., Tanaka, K., Thakur, N., Yamagami, T., Yamamoto, A.,
Yoshida, T., and Yoshimura, K.; [arXiv:1201.2967 (astro-ph)]Phys. Rev. Lett., 108, 131301 (2012).
RESCEU-32/12
Full bispectrafrom primordial scalar and tensor perturbations in the most general single-field inflation
model, X. Gao, T. Kobayashi, M. Shiraishi, M. Yamaguchi, J. Yokoyama, and S. Yokoyama.; Progress
of Theoretical and Experimental Physics, (2013), Issue 5, id.053E03
RESCEU-31/12
The source counts of submillimetre galaxies detected at λ= 1.1 mm, K. S. Scott, G. W. Wilson, I.
Aretxaga, J. E. Austermann, E. L. Chapin, J. S. Dunlop, H. Ezawa, M. Halpern, B. Hatsukade, D.
H. Hughes, R. Kawabe, S. Kim, K. Kohno, J. D. Lowenthal, A. Montana, K. Nakanishi, T. Oshima,
D. Sanders, D. Scott, N. Scoville, Y. Tamura, D. Welch, M. S. Yun, and M. Zeballos [arXiv:1203.2609
(astro-ph)]MNRAS 423 (2012) 575-589.
RESCEU-30/12
First Detection of a Subkiloparsec Scale Molecular Outflow in the Starburst Galaxy NGC 3628, A.L. Tsai, S. Matsushita, A. K. H. Kong, H. Matsumoto, and K. Kohno [arXiv:1204.3414 (astroph)]Astrophys. J. 752 (2012) article id. 38.
RESCEU-29/12
Constraints on Obscured Star Formation in Host Galaxies of Gamma-Ray Bursts, B. Hatsukade, T.
Hashimoto, K. Ohta, K. Nakanishi, Y. Tamura, and K. Kohno [arXiv:1201.4947 (astro-ph)]Astrophys.
J. 748 (2012) article id. 108.
RESCEU-28/12
Probing Circumnuclear Environments with the HCN(J = 3-2) and HCO+(J = 3-2) Lines: Case of
NGC 1097, P.-Y. Hsieh, P. T. P. Ho, K. Kohno, C.-Y. Hwang, and S. Matsushita [arXiv:1201.0336
(astro-ph)]Astrophys. J. 747 (2012) article id. 90.
RESCEU-27/12
A mobile antineutrino detector with plastic scintillators, Yasuhiro Kuroda, Shugo Oguri, Yo Kato,
Ryoko Nakata, Yoshizumi Inoue, Chikara Ito, Makoto Minowa [arXiv:1206.6566v1 (hep-ex)] Nuclear
Instruments and Methods in Physics Research A, Volume 690, p. 41-47 (2012).
RESCEU-26/12
The Tokyo Axion Helioscope, R. Ohta, Y. Akimoto, Y. Inoue, M. Minowa, T. Mizumoto, S. Moriyama,
T. Namba, Y. Takasu, A. Yamamoto [arXiv:1201.4622v1 (astro-ph)] Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Volume 670, p. 73-78 (2012).
RESCEU-25/12
Spectroscopic Confirmation of Three z-dropout Galaxies at z = 6.844-7.213: Demographics of Ly α
Emission in z ∼ 7 Galaxies, Y. Ono and 12 coauthors [arXiv:1107.3159 (astro-ph)] The Astrophysical
Journal, Volume 744, Issue 2, article id. 83, 13 pp. (2012).
RESCEU-24/12
Average Metallicity and Star Formation Rate of Ly α Emitters Probed by a Triple Narrowband Survey,
K. Nakajima and 11 coauthors [arXiv:1105.2824 (astro-ph)] The Astrophysical Journal, Volume 745,
Issue 1, article id. 12, 19 pp. (2012).
RESCEU-23/12
Dust Attenuation and H α Star Formation Rates of z ∼ 0.5 Galaxies, C. Ly, M. A. Malkan, N.
Kashikawa, K. Ota, K. Shimasaku, M. Iye, T. Currie [arXiv:1202.0278 (astro-ph)] The Astrophysical
Journal Letters, Volume 747, Issue 1, article id. L16, 7 pp. (2012).
RESCEU-22/12
Discovery of a Protocluster at z ∼ 6, J. Toshikawa and 12 coauthors [arXiv:1203.1326 (astro-ph)] The
Astrophysical Journal, Volume 750, Issue 2, article id. 137, 12 pp. (2012).
30
4 プレプリント・リスト
RESCEU-21/12
The First Systematic Survey for Ly α Emitters at z = 7.3 with Red-sensitive Subaru/Suprime-Cam,
T. Shibuya, N. Kashikawa, K. Ota, M. Iye, M. Ouchi, H. Furusawa, K. Shimasaku, T. Hattori
[arXiv:1112.3997 (astro-ph)] The Astrophysical Journal, Volume 752, Issue 2, article id. 114, 11 pp.
(2012).
RESCEU-20/12
Gas Motion Statistics of Lya Emitters at z ∼ 2 Using UV and Optical Emission Lines, T. Hashimoto,
M. Ouchi, K. Shimasaku, Y. Ono, K. Nakajima, M. Rauch, J. C. Lee, S. Okamura [arXiv:1206.2316
(astro-ph)] The Astrophysical Journal, Volume 765, Issue 1, article id. 70, 15 pp. (2013).
RESCEU-19/12
The Stellar Population and Star Formation Rates of z ∼ 1.5-1.6 [O II] Emitting Galaxies Selected
from Narrow-Band Emission-Line Surveys, C. Ly, M. A. Malkan, N. Kashikawa, M. Hayashi, T.
Nagao, K. Shimasaku, K. Ota, N. R. Ross [arXiv:1206.4303 (astro-ph)] The Astrophysical Journal,
Volume 757, Issue 1, article id. 63, 14 pp. (2012).
RESCEU-18/12
Early evolution of spherical ejecta expanding into the circumstellar matter at ultra-relativistic speeds,
Shigeyama, Toshikazu; Suzuki, Akihiro; Nakamura, Ko [arXiv:1202.5833 (astro-ph)].
RESCEU-17/12Type-Ia Supernova Remnant Shell At Z = 3.5 Seen In The Three Sightlines Toward
The Gravitationally Lensed Qso B1422+231, Hamano, Satoshi; Kobayashi, Naoto; Kondo, Sohei;
Tsujimoto, Takuji; Okoshi, Katsuya; Shigeyama, Toshikazu [arXiv:1206.3646 (astro-ph)] The Astrophysical Journal Volume 754 Number 2 article id. 88, 15 pp. (2012).
RESCEU-16/12
Effects of Magnetic Fields on the Propagation of Nuclear Flames in Magnetic White Dwarfs, M.
Kutsuna and T. Shigeyama [arXiv:1202.1403 (astro-ph)] The Astrophysical Journal, Volume 749,
Issue 1, article id. 51, 6 pp. (2012).
RESCEU-15/12
Tentative Detection of Deuterated Methane toward the Low-Mass Protostar IRAS 04368+2557 in
L1527, N. Sakai, Y. Shirley, T. Sakai, T. Hirota, Y. Watanabe, and S. Yamamoto, Astrophys. J. 758,
L4 (4 pp) (2012).
RESCEU-14/12
Distribution of CH3 OH in NGC1333 IRAS4B, N. Sakai, C. Ceccarelli, S. Bottinelli, T. Sakai, and S.
Yamamoto, Astrophys. J. 754, 70 (8 pp)(2012).
RESCEU-13/12
Feedback effects of aspherical supernova explosions on galaxies, Bekki, Kenji, Shigeyama, Toshikazu,
Tsujimoto, Takuji, 2012 MNRAS 428, Issue 1, p.L31-L35
RESCEU-12/12
Submillimetre Galaxies in Cosmological Hydrodynamic Simulations, Ikko Shimizu, Naoki Yoshida,
Takashi Okamoto, Monthly Notices of the Royal Astronomical Societty, 427 (2012) 2866
RESCEU-11/12
Rapidly Accreting Supergiant Protostars: Embryos of Supermassive Black Holes?, Takashi Hosokawa,
Kazuyuki Omukai, Harold W. Yorke, The Astrophysical Journal, 756 (2012) 93.
RESCEU-10/12
Self-consistent initial conditions for primordial black formation, A. G. Polnarev, Tomohiro Nakama
and Jun’ichi Yokoyama; Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Issue 09, article id. 027
(2012).
RESCEU-9/12
Metric perturbation from inflationary magnetic field and generic bound on inflation models, Teruaki
Suyama and Jun’ichi Yokoyama Physical Review D, vol. 86, Issue 2, id. 023512 (2012).
RESCEU-8/12
Reheating after f(R) inflation, Hayato Motohashi and Atsushi Nishizawa; [arXiv:1204.1472 (astroph)]Phys. Rev. D 86, 083514 (2012).
31
RESCEU-7/12
Evading the pulsar constraints on the cosmic string tension in supergravity inflation, Kohei Kamada,
Yuhei Miyamoto, Jun’ichi Yokoyama; [arXiv:1204.3237 (astro-ph)] Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Issue 10, article id. 023 (2012).
RESCEU-6/12
Measurements of Stellar Inclinations for Kepler Planet Candidates, Teruyuki Hirano, Roberto
Sanchis-Ojeda, Yoichi Takeda, Norio Narita, Joshua N. Winn, Atsushi Taruya, and Yasushi Suto
[arXiv:1205.3233 (astro-ph)]Astrophys. J. 756 (2012) 66-76.
RESCEU-5/12
Cosmology based on f(R) Gravity admits 1 eV Sterile Neutrinos, Hayato Motohashi, Alexei A.
Starobinsky, and Jun’ichi Yokoyama [arXiv:1203.6828 (astro-ph)]Phys. Rev. Lett. 110, 121302
(2013).
RESCEU-4/12
Generalized Higgs inflation, Kohei Kamada, Tsutomu Kobayashi, Tomo Takahashi, Masahide Yamaguchi, Jun’ichi Yokoyama [arXiv:1203.4059 (hep-ph)] Physical Review D, vol. 86, Issue 2, id. 023504
(2012).
RESCEU-3/12
Black hole perturbation in the most general scalar-tensor theory with second-order field equations
I: the odd-parity sector, Tsutomu Kobayashi, Hayato Motohashi, Teruaki Suyama [arXiv:1202.4893
(gr-qc)]Phys. Rev. D 85, 084025 (2012).
RESCEU-2/12
Fully non-linear equivalence of deltaN and covariant formalisms, Teruaki Suyama, Yuki Watanabe
and Masahide Yamaguchi Physical Review D, vol. 85, Issue 8, id. 083504 (2012).
RESCEU-1/12
Runnings in the Curvaton, Takeshi Kobayashi and Tomo Takahashi [arXiv:1203.3011 (astro-ph)]
Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Issue 06, article id. 004, pp. (2012).
II
2012 年度 プロジェクト別 研究活動報告
35
1 初期宇宙進化論
——基本法則に基づいた宇宙の創生進化の
理論的研究—— (横山・須藤・吉田・樽家・
須山・伊藤)
宇宙物理学はその対象が極めて多岐に亘っている
のみならず、方法論も多様であり、非常に学際的な
体系をなしている。本プロジェクトでは、素粒子物
理学、原子核物理学、プラズマ物理学、流体力学、一
般相対性理論、などの基礎物理学を駆使して宇宙の
諸階層の現象の本質的な理解にせまる研究を、観測
と密接な関わりのもとで遂行している。
初期宇宙 相対論
われわれの住むこの宇宙は、今から 137 億年の昔、
インフレーションという急速な膨張期を経験したこ
とによって古典的な時空構造として生まれ、そのエ
ネルギーが解放されることによって灼熱の状態とな
り、フリードマン的な膨張を開始した。膨張にとも
なう温度の降下によってハドロン、原子核、原子が
形成され、さらにガスがかたまり銀河や星などの天
体が形成され、豊かな構造を持つ現在の宇宙が創ら
れた。これが物理学に基づいて描きだされてきた現
在の宇宙進化像である。しかし宇宙の進化には多く
の謎が残されている。またさらに近年の技術革新の
粋を用いた宇宙論的観測の爆発的進歩によって新た
な謎も生じている。宇宙論のもっとも根源的謎はこ
の３次元の空間と１次元の時間を持った宇宙がいか
に始まったかという問題である。
「初期宇宙・相対論」
は、インフレーション宇宙論に代表される、素粒子
的宇宙論の進歩を基礎とし、さらにより根源的な問
題として残されている宇宙の創生・進化の研究を目
的としている。具体的には、現実的な素粒子理論に
基づいたインフレーションモデルの構築、密度揺ら
ぎの生成機構の解明、揺らぎの進化や非線形性の理
解、バリオン・ダークマター・ダークエネルギーと
いう宇宙のエネルギー組成の起源、などを中心に研
究を進めている。
以上の理論的研究とは別に、来るべき重力波天文
学の確立に向けて、我々は重力波データ解析方法の
研究をスタートした。日本の重力波検出器 KAGRA
は 2015 年末にはその初期観測を開始する。一方、日
本ではデータ解析専門家は 6 人しかおらず、データ
を得ても解析がなされないという非常な危惧がある。
このような状況を打破すべく、本プロジェクト１で
は、重力波データ解析方法の研究および人材育成に
乗り出している。
観測的宇宙論
宇宙の誕生の瞬間を出発として宇宙の進化を説明
しようとするのが素粒子的宇宙論の立場であるとす
れば、「観測的宇宙論」は、逆に現在の宇宙の観測
データを出発点として過去の宇宙を探ろうとする研
究分野である。現在そして近い将来において大量に
提供される宇宙論的観測データを理論を用いて正し
く解釈する、さらにコンピュータシミュレーション
を通じて、ダークマター、宇宙初期の密度揺らぎの
スペクトル、宇宙の質量密度、膨張率、宇宙定数な
ど宇宙の基本パラメータを決定することで現在の宇
宙像を確立するとともに宇宙の進化の描像を構築す
ることが「観測的宇宙論」の目的である。
なかでも、われわれはダークエネルギーを一大テー
マとして研究に取り組んでいる。とくにすばる望遠
鏡による広視野深宇宙探査国際共同研究を牽引し、
具体的には、ダークエネルギーの状態方程式の決定、
ダークマター分布の重力進化と銀河のクラスタリン
グ統計、ミッシングバリオンの起源と観測的検証、な
どを行っている。さらに既存の枠にとらわれない独
創的なテーマの開拓をも目指しており、宇宙マイク
ロ波背景放射の偏光観測による背景重力波の検出や、
重力波観測を用いた重力理論の検証など、次世代宇
宙論を担う新たな研究テーマにも取り組んでいる。
星形成
最近の大型望遠鏡や宇宙望遠鏡を用いた深宇宙探
査により、130 億年以上も前、つまり宇宙が誕生し
てから数億年という早期に存在した銀河やブラック
ホールが発見されている。ビッグバンの後文字通り
暗黒となった宇宙にいつ、どのように光り輝く天体
が生まれたのか。宇宙初期の巨大なブラックホール
はどのように成長したのだろうか。第一世代の天体
はその後の銀河形成や宇宙の進化に大きな影響を及
ぼすと考えられており、現代天文学のホットトピッ
クの一つである。次世代の大型望遠鏡により第一世
代天体の形成や宇宙進化の最初の段階が明らかにな
ると期待されている。我々はこのような状況を踏ま
えつつ、第一世代星やブラックホールの形成進化を
研究しつつある。
系外惑星
本プロジェクトの担当者により、数年前から太陽
系外惑星の探査の新たな地平を切り開く研究を展開
している。今年度も、ロシター効果による主星と系
外惑星の自転・公転軸のずれの検出、地球型惑星系の
反射光を用いた表面分布の再構築とバイオマーカー
の検出、をめざした研究を行った。これらの業績に
基づき、また天文学専攻に太陽系外惑星の観測家が
得られたことから、2013 年度より太陽系外惑星研究
は新たなプロジェクトとして、ビッグバン宇宙国際
研究センターの一翼を担うことになった。
1.1
初期宇宙・相対論
Generalized G-inflation モデルにおける三点相関
作用の段階では高階微分を含むが、それを変分し
て得られる場の方程式は 2 階微分までしか含まない
理論を、一般化したガリレオン理論と呼ぶ。同じ性
質を持つ理論として 1970 年代にホルンデスキー理
論というものが提案されていた。われわれは昨年度、
これらが数学的に同等であることを示し、それに基
1 初期宇宙進化論
36
づいて最も一般的な単一場インフレーションモデル
である Generalized G-inflation モデルを提唱した。
今年度はこの理論における密度ゆらぎとテンソルゆ
らぎの 3 点関数を全て計算し、どの組み合わせから
どのような物理的情報が得られるかを明らかにした
[6]。
ぎを解析的な近似式で置き換え、それを使って相関
関数 (2,3,4 点) を評価した [11]。
宇宙初期磁場からのインフレーション模型に対する
制限:I
WMAP や Planck による宇宙背景放射のパワース
ペクトルの観測データには、単純なべき乗則のスペ
クトルを持った初期ゆらぎでは説明できないような、
スパイク状のフィーチャーが存在することが知られ
ている。われわれはスーパーストリング理論におけ
るブレーンの運動によりインフレーションが起こる
モデルを構築し、インフレーション中に余剰次元の
モードが励起され、振動することによって初期ゆら
ぎのスペクトルにフィーチャーが生成することを示
した [7]。
また、微分項を通して振動する場と結合したより
一般的なモデルにおいて、同様にスペクトルのフィー
チャーが実現することを示した [8]。
最近の観測によって、10−17 ガウス程度の銀河外
磁場 (Mpc スケール) の存在が示唆されている。この
ような大きい長さスケールの磁場を宇宙物理的な素
過程から作り出すメカニズムは知られていない。こ
の論文では、そのような磁場がインフレーション中
の何らかのメカニズムによって生成されたという仮
定のもとで、その磁場が誘起する曲率揺らぎを評価
した。そして、その曲率揺らぎが観測されている値
10−5 を超えないという条件から、インフレーション
模型に対して一般的な条件を課すことができること
を示した。特に、単一スカラー場インフレーション模
型では、この条件はインフレーションのエネルギー
スケールに下限を与える。もし今後の観測及び宇宙
物理の進展により、観測された磁場がインフレーショ
ン起源であることが確定すると、この論文の結果は
インフレーション模型構築に強い制限を与える [13]。
場の理論的ストリングとスーパーストリングの対応
宇宙初期磁場からのインフレーション模型に対する
余剰次元の効果の入ったスーパーストリング解と
場の理論におけるニールセン・オルセン解との対応
を解析し、前者がアーベリアンヒッグスモデルにお
けるストリング解のうち、コア状にゲージチャージ
を持ち、ストリング方向の波動を持った解と対応づ
けられることを示した [9]。
制限:II
初期ゆらぎにスパイクを生成する機構の研究
論文 [13] で導いた一般形式を宇宙の再加熱模型も
考慮した形式に拡張し、それをいくつかの代表的な
インフレーション模型に具体的に適用した。そして
それぞれのインフレーション模型に対して、宇宙背
景放射温度揺らぎの観測と矛盾しない再加熱温度と
宇宙初期磁場の条件を決定した [12]。
プランク衛星の観測結果と非ガウス曲率揺らぎを生
み出す模型の比較検討
超ホライズン長揺らぎを扱う二つの理論形式の等価性
プランク衛星の観測結果が２０１３年３月に公開
され、曲率揺らぎの非ガウス性 (３点相関関数) が大
幅に制限された。本論文では、プランク衛星の結果
を使って、これまでに提唱された観測可能なレベル
の非ガウス性を作り出す代表的な模型がどの程度制
限されるかの定量的な解析を行なった。また、その
制限の範囲でも、模型パラメータの値によっては、４
点相関関数が今後の観測で十分検出できるほど大き
くなることを指摘した [10]。
非線型のレベルで、長波長スケール (スーパーホラ
イズンスケール) における曲率揺らぎの時間発展を
理解しておくことは、重要である。例えば様々な初
期宇宙モデルに対して、曲率揺らぎの非ガウス性を
定量的に評価するような場合に、必要不可欠となる。
これまで、非線型長波長曲率揺らぎを扱う有効な手
法として、δ N formalism と covariant formalism と
呼ばれる二つの手法が提唱されている。これらは一
見すると非常に異なっており、両者の関係は自明で
はない。この論文では、二つの formalism の間の関
係を調べ、実際に両者は任意の摂動の次数で等価で
あることを示した。これにより、どちらの formalism
を使っても、最終的な観測量 (例えば、fnl など) は
一致することが保証される [14]。
プレヒーティングで作られる曲率揺らぎの相関関数
の評価
インフラトン場の振動に起因するパラメトリック
共鳴により、超ホライズン長の曲率揺らぎが生成さ
れることが、３次元格子シミュレーションを使った
研究 (Richard Bond et al., 2009) で報告されている。
本論文では、シミュレーションで得られた曲率揺ら
1.1. 初期宇宙・相対論
37
非ミニマル重力結合によるインフレーション後の対
Massive gravity 理論の下でのインフレーション起
称性の破れと素粒子自由度、宇宙の再加熱
源重力波
ヒッグス・インフレーション模型は、重力結合を一
般相対論から拡張することにより、素粒子標準模型
の範囲内で宇宙初期のインフレーションを説明でき
る有望な理論模型である。しかしながら、量子補正
を取り入れた繰り込み群方程式を解くと、高エネル
ギー領域において真空が不安定になるという問題が
報告されている。そこで本研究では、ヒッグス・イン
フレーション模型の拡張として素粒子標準模型と複
数のスカラー凝縮場を考える。これらのスカラー場の
ヒッグス場に対する量子補正により、ヒッグス場の自
己相互作用を正に保つことができる。この模型では、
ヒッグス場が曲率スカラーと非ミニマルに結合して
いるため、インフレーション後にハッブルパラメタ程
度の非自明な真空期待値を取ることを示した。その
結果、再加熱機構は非効率的になり、重力的粒子生成
により再加熱が起こることを示した [214, 116, 117]。
massive gravity 理論の下では、重力波の方程式が
質量項を持つため、重力波の膨張宇宙での振る舞い
が通常の場合と異なる。本研究ではこの理論の下で
のインフレーション起源重力波の振る舞いを調べ、質
量項の影響が重力波スペクトル中にピークとして特
定の周波数に現れることを明らかにした [17] 。また、
異なる周波数の重力波を測る様々な将来の直接検出
実験とパルサータイミング実験を考え、このピーク
を検出することで massive gravity 理論の検証が可能
であるかを議論した。
超重力 R2 乗インフレーション模型における重力的
な変調再加熱と非ガウス統計性曲率揺らぎ
R2 乗インフレーション後の宇宙再加熱は、共形不
変性を破る場の重力的な粒子生成により引き起され
る。超対称性理論において、一般的に存在する平坦方
向の非自明な真空期待値が、平坦方向と結合した場
の共形不変性を、量子揺らぎによって位置に依存し
た形で破ることを示した。その帰結として、変調再加
熱 (modulated reheating) が超重力 R2 乗インフレー
ション後に引き起される。そして最終的な曲率揺ら
ぎは、インフレーション中に生成された揺らぎと変調
再加熱期に生成された揺らぎの混じり合ったものと
なる。本研究の理論的予言として、スペクトル指標は
ns = 0.960 と 0.983 の間に値を取り、ローカルタイ
プの非ガウス統計性非線形パラメータは fN L ∼ ±10
となり、テンソル・スカラー比は r < 0.004 となる。
これらの値は最新のプランク天文衛星の観測結果と
良く一致している [15]。
多種の観測による宇宙ひも起源の重力波の検証
初期宇宙に生成される可能性がある宇宙ひもは生
成後、衝突を繰り返しつなぎかわっていくことで、
ループ状になるとともにカスプやキンクと呼ばれる
特異な形状をひも上に持つようになる。これらの構
造から放出される重力波は振幅が大きく幅広い周波
数に渡るため、地上、衛星型の直接検出実験の他、宇
宙背景放射の温度揺らぎや偏光、またパルサータイ
ミング実験などの多種の将来実験で検証できる可能
性がある。本研究ではこれらの実験がそれぞれ異な
る周波数の重力波を見ることで異なる時代の宇宙ひ
もの情報を探ることができるため、各種実験から得
られる情報が相補的である点を明らかにした [18]。
インフレーション起源重力波で探る宇宙の熱史
インフレーション起源重力波には宇宙の膨張則の
痕跡が刻まれるため、検出できれば宇宙再加熱やエ
ントロピー生成といった初期宇宙に宇宙の膨張則を
変えるような現象の情報を引き出せる可能性がある。
本研究では DECIGO のような将来の高感度の直接
検出実験で再加熱温度やエントロピー生成に関して
どのような情報を得られるか詳細な理論予言を行い、
さらに CMB 観測との情報の相補性も議論した [19]。
暗黒エネルギーの理論模型
暗黒エネルギーは宇宙のエネルギー密度の 70%を
占めるものの、その物理的実体は明らかにされてい
ない。本研究では、これまで提案されてきた様々な
理論模型を総括した。特に宇宙定数項問題、クイン
テッセンス、k-エッセンス、結合暗黒エネルギー、統
一暗黒エネルギー、f (R) 重力、DGP 高次元重力、
LTB 非一様宇宙などを取り挙げた。現在と将来の暗
黒エネルギー観測プロジェクトの展望も解説してい
る [16]。
f (R) 重力理論による加速膨張宇宙モデル
初期および現在の宇宙において、宇宙の膨張速度
が時間とともに増加していることが近年明らかとなっ
た。加速膨張を引き起こす物理的起源は解明されて
おらず、さまざまな理論模型が提唱されており、そ
の中でも、重力理論の修正によって宇宙の加速膨張
を説明する、修正重力理論の研究が近年活発化して
いる。
本研究では一般相対論の自然な拡張である f (R)
修正重力理論において、銀河団の大規模構造のタネ
である物質密度揺らぎの成長に着目した。その結果、
f (R) 重力理論は物質密度揺らぎの成長を促進させる
効果を持つことが判明した。この効果は質量を持った
ニュートリノが物質密度揺らぎに及ぼす抑制効果と相
1 初期宇宙進化論
38
殺する。そこで、近年のニュートリノ振動実験により
示唆されている、1 電子ボルトの質量を持った新たな
ニュートリノを仮定したもとで密度揺らぎの進化を数
値計算により追跡した。その結果、アインシュタイン
の一般相対論においては密度揺らぎが銀河団存在量の
観測から得られている値まで成長しない一方で、f (R)
重力理論においては密度揺らぎが観測値まで成長する
ことを突き止めた。同時に、f (R) 重力理論は宇宙マイ
クロ波背景放射と銀河のパワースペクトルの観測デー
タをよりよく再現できることを明らかにした。これに
より、将来の素粒子実験により 1 電子ボルトのステラ
イル・ニュートリノの存在が確立すれば、修正重力理
論が優位になる [5, 21, 80, 144, 127, 177, 128, 259]。
また、f (R) 重力理論は現在の加速膨張を引き起こ
すダークエネルギーだけでなく、宇宙初期に起こっ
た加速膨張であるインフレーションも記述すること
ができる。そこで、ダークエネルギーとインフレー
ションの両方を同時に記述する f (R) 重力理論模型に
おいて、インフレーション後の再加熱に関する研究
を行った。この模型のインフレーション期および再
加熱の時間発展が、アインシュタインフレームを利
用することで取り扱いが簡便になる点に着目し、膨
張則およびスカラー場の解析解を導出した。さらに
再加熱期における重力的粒子生成を考慮した数値計
算を行い、曲率揺らぎとテンソル揺らぎを定量的に
評価するとともに、現在の観測データからモデルパ
ラメータに制限を与えた [22, 129, 217, 218, 219]。
れているスケール不変に近いスペクトルを生成でき
ることを示した。また、このクラスの模型において
は従来とは異なる非ガウス性整合関係を持つことを
導出した。これは標準的なスローロール・インフレー
ションを超えたウルトラ・スローロール・インフレー
ションの例として重要な意義を持つ [25]。
ストキャスティック法による相関関数の計算
インフレーションは指数関数的膨張とともに原始
曲率揺らぎを生成する機構であり、これは物質密度
揺らぎのもととなる。曲率揺らぎの相関関数は宇宙
マイクロ波背景放射 (CMB) の精密観測により測定
することが可能であり、特に近年、3 点以上の相関関
数に現れる非ガウス性がインフレーション模型を区
別する上で大きな注目を集めている。本研究は指数
関数的膨張のもとでインフラトン以外のスカラー場
を複数考えたときに生成される揺らぎの 2 点、3 点、
4 点相関関数を、ストキャスティック法と呼ばれる量
子的ノイズを考慮して非摂動効果を取り入れる手法
で計算した。その結果、全ての 2 点、3 点相関関数
と、一部の 4 点相関関数の表式を得ることに成功し
た [24]。
一般化ガリレオン理論におけるブラックホール安定
性解析
有質量重力理論における加速膨張解の導出
重力相互作用を媒介する重力子が質量を持たない
場合は遠距離力として無限遠まで伝播するが、有質
量重力子を考えることで重力の到達距離を変更し、
宇宙の加速膨張を記述することができる。この有質
量重力子の理論構築の試みは古くからなされてきた
が、近年、ゴーストという非物理的自由度を除去し
たラグランジアンが構築された。この理論において、
宇宙定数と同じ指数関数的な加速膨張を与える解を
導出した。先行研究では理論模型を限定したもとで
同種の解が発見されていたが、今回の解はより広い
クラスの模型に適応できる一般的な形で導出された
ものである [23]。
ウルトラ・スローロール・インフレーション模型の
提唱
従来のインフレーション模型は、インフラトンが
ゆっくり転がるスローロール近似が成立するものが
数多く考案されてきた。このもとで生成される曲率
揺らぎは、ホライズンの外で減衰解と定数解の線形
結合から成るため、定数解が優勢となる。この時間
発展しない解によって、現在観測されているスケー
ル不変に近いスペクトルが説明されると考えられて
きた。本研究では定数でないもう一つの解が減衰せ
ずに成長するような特別なポテンシャルの形を導出
し、そのインフレーション模型において現在観測さ
太陽系スケールにおける一般相対論の検証は古く
から行われているが、ブラックホール近傍のような
強重力場における検証はまだ実現されていない。重
力理論を修正したときにブラックホール近傍の時空
構造に現れる影響は、ブラックホール摂動論を用い
ることで解析でき、ブラックホール近傍の揺らぎの
安定性から重力理論に制限を課すことができる。本
研究では、近年注目されている一般化ガリレオン理
論において、ブラックホール摂動論を用いて奇パリ
ティの摂動変数の安定性解析を行った。一般化ガリ
レオン理論の解析において問題となるのはその自由
度の高さである。この理論は 1 つのスカラー自由度
を含み運動方程式に 2 階微分までしか含まないとい
う条件のもとで最も一般的な模型として構築された。
作用には 4 つの任意関数が含まれ非常に複雑な形と
なるため、この理論におけるブラックホール安定性
解析はなされていなかった。本研究では作用の簡約
化により、奇パリティの摂動変数の安定性解析を行
うことに成功した。これにより理論が持つ任意関数
に対して安定となるための制限を与えた [20, 126]。
初期宇宙のスカラー場の相転移におけるゲージ場の
役割の研究
近い将来に観測されるであろう重力波の起源を決
定し、初期宇宙の正確な描像を得るためには、重力
波を生成しうる相転移現象の正確な記述が必要であ
1.2. 観測的宇宙論
る。相転移など動的な現象は、スカラー場の有効作用
を用いることで記述できる。これまでは自己相互作
用、他のスカラー場やフェルミオン場との相互作用
については先行研究がなされてきたが、ゲージ場と
の相互作用による寄与について考察した [130, 178]。
原始ブラックホール形成の精細数値解析
大振幅の密度ゆらぎが初期宇宙に存在していたと
して、それが自己重力によって崩壊すると、原始ブ
ラックホール（Primordial black hole、PBH）が形
成され得る。ある種のインフレーションモデルでは、
大振幅の曲率ゆらぎが生成され PBH が形成される。
PBH の存在量を理論的に計算すれば、観測的な制
限と比較することで、インフレーションモデルに対
する知見が得られる。そこで、PBH の存在量を予言
するために PBH 形成過程を考察した。インフレー
ション中に生成された曲率ゆらぎは超ホライズンス
ケールに引き伸ばされ、その後の放射優勢期などに
再びホライズンの中に入る。ゆらぎが超ホライズン
スケールにある間は、アインシュタイン方程式を解
析的に解くことでゆらぎの時間発展を調べられる。
まずこの解析解を漸近展開を用いて構成し、得られ
た解析解を初期条件として、ホライズン再突入後の
ゆらぎの時間発展を数値計算した。そして、PBH 形
成条件とゆらぎの形状の関係を調べ、また PBH 質
量を計算した [26, 82, 179, 180, 131]。
インフレーション宇宙におけるヒッグス場の凝縮と
その帰結
2012 年 7 月に LHC で素粒子標準模型唯一のスカ
ラー粒子であるヒッグス粒子が発見された。この新
しく発見されたヒッグス場は、インフレーション中
に大きな真空期待値を持っているため、その後の宇
宙の歴史に大きな影響を与えた可能性がある。そこ
でヒッグス場がインフレーション後に宇宙の再加熱
を支配するシナリオについて検討した。
具体的には、ストキャスティック・インフレーショ
ンと呼ばれる手法でインフレーション直後にヒッグ
ス場がどのような状態にあったかを計算し、インフ
レーションのモデルとして k-インフレーションモデ
ルを用いることでヒッグス場がインフレーション後
に宇宙のエネルギー密度を支配するような状況を実
現した。しかし、この時生成される曲率ゆらぎが実際
に観測されるゆらぎよりもはるかに大きいこと、つ
まり素粒子標準模型と同様のヒッグス場が存在する
限り k-インフレーションモデルが棄却されてしまう
ということを明らかにした [28, 172, 132, 182, 183]。
中間質量ブラックホールからの重力波を用いた新し
いダークマター探査法の提唱
近年、中間質量ブラックホールはその周囲にダー
クマターハローを持つと指摘されている。コンパク
39
ト天体が中間質量ブラックホールの重力場に捕まり、
周回しながらその中心へ落ちるとき、その軌道はダー
クマターハローの重力場により修正を受ける。本研
究では、こうした状況の下で発生するインスパイラ
ル重力波がダークマターの情報を含むことに着目し、
その情報を実際の重力波観測により取り出せるか否
かを定量的に評価した。この結果、宇宙重力波レー
ザー干渉計 eLISA を用いた重力波観測で、S/N 比が
ダークマターの動径分布の傾きに強く依存すること
を発見し、中間質量ブラックホールからの重力波が
ダークマターを探索する新しいプローブとなりうる
ことを示した [29]。
重力波データ解析
日本には重力波データ解析専門家が 6 人しかいな
い現状を鑑み、若手研究者を重力波天文学へ誘うた
めに、RESCEU は 2 回にわたってデータ解析スクー
ルを主催した (3 章 3.5, 3.10 参照)。このスクールは
座学と演習を組み合わたものであるため、入念な準
備が必要であった。両回ともに大学院生を中心に国
内から 60 人以上の参加者を得ることができ、また
アンケート結果からも参加者の重力波天文学への理
解度が深まったことがうかがえた。アンケート結果
から、第 2 回の開催が希望されていることがわかり、
早くも半年後には第 2 回スクールを開催した。第 2
回では TAMA 検出器への見学や外部講師の充実な
どによって、かなり楽しめるものになったと自負し
ている。演習は実際データ解析の現場で利用されて
いる C 言語と octave を利用している点で実戦的で
あり、参加者からは次回の開催も促された。また本
スクール後には、東京近郊の修士課程学生参加者を
募って、2012 年秋からデータ解析ゼミをおこなって
おり、現在参加者はのべ 10 人を越えている。
上記の人材育成に加えて、現在伊藤を中心に KAGRA データ解析ライブラリの仕様を策定しており、
データ解析パイプライン作成の準備を進めている。
ハードウェアの面では、伊藤は、RESCEU にデータ
解析ソフトウェア管理サーバを設置・運用している。
そのほか、検出器の violin mode が連続重力波検出へ
与える影響についての調査や、アナログデジタル変
換器の信号検出への影響を調べるなど、KAGRA の
人的資源の少なさを反映して、detector characterization や data management system に関わる仕事も
おこなっている。
1.2
観測的宇宙論
CMB の弱い重力レンズ再構築法の導出および宇宙
論への応用
観測される宇宙マイクロ波背景輻射（CMB）の揺
らぎには大規模構造による弱重力レンズ効果の情報が
含まれており、光子の軌跡の曲がり角を情報として取
り出すことで、密度揺らぎなどの重力場を生じるソー
40
スに関して情報を得ることができる。CMB の弱い
重力レンズ効果は、Okamoto & Hu (2003)（OH03）
などで示されたアルゴリズムをもとに、CMB の観
測データのみから曲がり角の情報を取り出せる。将
来的には、PolarBear や ACTPol といった角度分解
能が高い地上の CMB 観測において高精度で曲がり
角を再構築できると考えられている。
本研究では、CMB の弱い重力レンズ効果を利用
した宇宙論・物理理論における課題（宇宙加速膨張・
初期揺らぎの生成機構・ニュートリノ質量など）の
検証を念頭に、得られた CMB マップから重力レン
ズ効果を測定する手法を改良してきた。特に、今後
CMB の弱い重力レンズ効果の測定が期待される実験
を想定し、非一様検出器ノイズ、ビームの非等方性、
有限観測領域の影響を取り入れた、より現実的な場
合に応用可能な推定法の開発を行った [37, 189]。ま
た、公開されている温度揺らぎの観測データを用い
て開発した手法を適用し、宇宙論への応用例として、
特定の宇宙紐のモデルパラメータへの制限を行った
[137, 138, 190, 191, 192]。
高精度理論テンプレートを用いた SDSS LRG 非
等方クラスタリングの解析
視野 10,000 平方度、赤方偏移 0.5 に渡る大規模
測光・分光サーベイである Sloan Digital Sky Survey (SDSS) により提供されている Luminous Red
Galaxy (LRG) は、その広大なサーベイ体積ゆえに
大規模構造を探る上で非常に有意なサンプルである。
分光サーベイにより得られた銀河分布は赤方偏移
歪みを受けており、そのクラスタリングは非等方性
を帯びる。この非等方性の強さは構造成長と密接に
関係している。また、クラスタリングの非等方性は、
銀河の距離を測定された見込み角・赤方偏移から共
同距離に変換する際に、仮定した宇宙論パラメータ
と真の宇宙論パラメータが異なることによっても引
き起こされる。したがって、分光サーベイにより得
られた銀河のクラスタリングに刻まれた非等方性を
精密に解析することで構造成長と宇宙膨張を同時に
測定すること、すなわち、重力理論の検証が可能と
なる。
我々は、BAO スケールに渡り N 体シミュレーショ
ンと 1% 以下の精度で一致する、高精度理論テンプ
レートを用いて SDSS LRG 非等方クラスタリング
の解析を行った。この解析により、構造成長と宇宙
膨張を同時に測定し、宇宙の標準模型である ΛCDM
モデルとの整合を示した [84, 194]。
N 体シミュレーションを用いた Sloan Digital Sky
Survey Luminous Red Galaxy 非等方クラスタ
リングの再現
SDSS LRG は比較的古くに形成された楕円銀河で
あると考えられており、重力束縛系（ハロー）の重
心と１対１に対応するとされてきた。しかし、近年
1 初期宇宙進化論
の弱重力レンズを用いた研究などによりハローの重
心よりもむしろハロー中のさらに局所的な重力束縛
系（サブハロー）との対応が良いことが指摘されて
いる。両者の違いは特に赤方偏移歪みの効果に大き
く現れる。したがって、LRG の３次元分布を解析す
るにあたり、ハロー・サブハローと銀河の対応を調
べることは非常に重要である。
我々のグループでは、N 体シミュレーションのハ
ロー・サブハローカタログを用いて、BAO スケール
での SDSS LRG クラスタリングに刻まれた非等方
性を定量的に再現することに成功した。
また、このサブハローカタログから SDSS LRG が
速度構造および局所スケールでのクラスタリングの
性質が異なる 2 種類のサブハローと対応しているこ
とを示し、さらに、そのうち大きな速度分散を持つ
サテライトサブハローが 20-30% 含まれることを指
摘した [84, 193, 194]。
弱重力レンズモルフォロジー統計
近年、大規模銀河観測計画が国内外で推進されて
いる。日本では、すばる望遠鏡の広視野撮像カメラ
Hyper Suprime-Cam を用いた 1400 平方度の超広視
野銀河撮像観測が来年度より開始される見込みであ
り、同様の広視野観測計画は世界中で複数予定され
ている。これらの計画の主要科学目的は重力レンズ
解析である。重力レンズ現象とは、遠方ソース天体の
像が、観測者とソース天体の間に位置する重力源に
よってゆがめられる一般相対論的な効果である。一
般に重力レンズによる像のゆがみはわずかであるが、
ゆがみの統計的な性質を精査することで、視線方向
に位置する暗黒物質の質量密度分布を再構築するこ
とができる。暗黒物質の空間的な質量分布は、それ
自身の性質を反映していることはもちろんであるが、
現在の加速膨張の原因と考えられている暗黒エネル
ギーの性質や、極初期宇宙におけるインフレーショ
ン現象のダイナミクスとも関係していることが知ら
れている。つまり、重力レンズ現象の精密解析は、こ
れまでの観測結果では明らかにされなかった事項に
ついて非常に重要な示唆を与えることができる。こ
れこそが、将来観測において重力レンズ解析が主要
科学目的に位置づけられている理由である。
我々は、重力レンズ解析によって再構築される二
次元質量密度場 (convergence field) に関する統計解
析と、その結果得られると期待される宇宙論的な制
限についての研究を行った。Convergence field のも
つ統計的な性質は、重力による非線形成長により強
い非ガウス性を示すため、従来よく用いられてきた
２点角度相関関数だけでは、convergence field のも
つ宇宙論的な情報を完全に引き出すことはできない。
そこで我々は、convergence field のもつ宇宙論的な
情報をより効率的に捉えるために、ミンコフスキー
汎関数という形態学に関する統計量に注目した。ミ
ンコフスキー汎関数は、２次元場に対しては、一点
分布（V0 )、等高線の長さ (V1 )、等高線の曲率 (V2 ) の
３つで定義され、非ガウス性を引き出す有用な統計
量である。この研究では、高解像度の宇宙論的 N 体
1.2. 観測的宇宙論
シミュレーションを利用することで、非線形な重力進
化を考慮した convergence マップを作成した。作成
した convergence マップに対してミンコフスキー汎
関数を計測し、convergence field のもつ宇宙論的な
情報がミンコフスキー汎関数を通じてどのように明
らかにできるかを示した。結果的に、すばる Hyper
Suprime-Cam による将来広視野観測では、ミンコフ
スキー汎関数を通じて、暗黒エネルギーの性質だけ
でなく、初期宇宙のダイナミクス起源の原始非ガウ
ス性にも制限をつけられることがわかった。この結
果は、従来よく用いられてきた重力レンズによる２
点角度相関関数による制限より強い宇宙論的な制限
であり、他の宇宙論的な将来観測による予言と相補
的である [38, 139, 195, 196, 197]。
弱重力レンズによる暗黒物質ハローの検出
Convergence field と視線方向に位置する孤立した
銀河団クラスの大質量天体の関係についての研究を
行った。重力レンズ解析によって得られた convergence field から大質量天体を同定する際には、通常
convergence field のピークを指標にする。ノイズレ
ベルより十分に大きいピークは、1014 − 1015 太陽質
量程度の大質量天体と関係していることが先行研究
により知られていた。この研究では、多数の高解像
度シミュレーションを利用することで、convergence
のピークが、大質量天体のどのような性質を反映し
ているかを調査した。この研究により、convergence
ピークはこれまで考えられていたより比較的内部の
質量構造に感度をもっており、大質量天体の楕円率
とその向きにより、convergence ピークでの大質量
天体同定には系統誤差が生じることが明らかになっ
た。この系統誤差は三軸不等質量密度モデルによる
理論モデルによって予言でき、理論モデルとシミュ
レーション結果が整合的であることを示した [39]。
弱非線形領域における質量パワースペクトルの高速
摂動計算法
摂動論にもとづく宇宙大規模構造の非線形重力進
化の理論計算は、バリオン音響振動などの将来観測に
対して高精度の理論テンプレートを提供しうる重要な
手法であり、近年、適用範囲を広げるため、くりこみ
の手法などを用いて摂動の高次補正を計算する手法が
開発されている。前年度に我々は、Γ-展開と呼ばれる
摂動展開にもとづき、劇的な時間短縮を可能とする高
速計算手法を開発した。本年度は、この手法にもとづ
き、汎用性の高い摂動計算ツールを開発、RegPT とい
う名前でコードを一般公開した。質量パワースペクト
ルの非線形重力進化を従来より広い適用範囲で高速に
計算できるため (2 ∼ 3 秒)、今後は宇宙論データ解析
への応用が期待される [42, 95, 96, 97, 98, 169, 211]。
41
弱非線形領域における赤方偏移パワースペクトル・
相関関数の高次摂動計算
分光サーベイから得られる銀河分布のクラスタリ
ングパターンは、” 赤方偏移ゆがみ” と呼ばれる効
果で非等方性を帯びることが知られている。この非
等方性の強さは密度ゆらぎの成長率に比例しており、
パワースペクトル・二点相関関数からその強さを測
定することで宇宙論的スケールでの重力理論の検証
が可能になる。ただし、赤方偏移ゆがみそのものの
もつ非線形性により、高い精度で密度ゆらぎの成長
率を測定するためには、パワースペクトル・二点相
関関数の理論テンプレートに非線形効果を適切に考
慮する必要がある。本研究では、以前に我々が開発
した赤方偏移ゆがみの理論モデルに、Γ-展開にもと
づく摂動計算を適用、高次の摂動補正まで取り入れ
てパワースペクトルと相関関数を計算した。N 体シ
ミュレーションとの比較も行い、精度のよい理論計
算ができることを示した [40, 113, 97, 98, 170, 211]。
非線形質量パワースペクトルに対するフィッティン
グ公式の改良
宇宙大規模構造の重力非線形性は小スケールに行
くにつれ強くなり、摂動論的取り扱いが難しくなる。
そのため、質量パワースペクトルを小スケールまで精
度よく求めるためには、高解像度の N 体シミュレー
ションに頼る必要がある。近年では、多数のシミュ
レーションを試行することで、宇宙論パラメーター
の依存性まで考慮したパワースペクトルのフィッティ
ング公式なるものが作られ、広く宇宙論研究で用い
られている。ただし、フィッティング公式の精度と
適用範囲はシミュレーションの解像度で決まるため、
得られた公式の信頼性は最新のシミュレーションで
常にチェックする必要がある。本研究では、最新の高
解像度シミュレーションをもとに、これまで広く使
われてきた Smith et al.(2003) のフィッティング公式
の精度を検証、その公式を改良することで、従来よ
り高い精度でかつ、より広いダイナミックレンジで
パワースペクトル計算ができることを示した [41]。
ベクトルゆらぎの作る弱重力レンズ効果と宇宙ひも
の検出可能性
銀河撮像サーベイや宇宙マイクロ波背景放射の観
測にもとづく弱重力レンズ効果の精密測定は、精密
宇宙論の重要な観測的手法として注目されており、日
本のすばる望遠鏡を用いた SuMIRe プロジェクトを
はじめ、世界各国でさまざまな観測プロジェクトが
推進中である。本来、弱重力レンズ効果は、宇宙大
規模構造の密度ゆらぎが作るスカラー型の計量ゆら
ぎに起因すると考えられているが、本研究では、ベ
クトル型の計量ゆらぎが存在した場合に作られる弱
重力レンズ効果の理論的な定式化を進め、重力レン
ズ場の空間相関にスカラー型ゆらぎでは作られない
新しいモード（B-モード、カールモード）が現れる
1 初期宇宙進化論
42
ことを示した。宇宙初期の相転移で作られる宇宙ひ
もがあると、ベクトル型の計量ゆらぎが作られるた
め、弱重力レンズ効果の新しいモードを精密測定す
ることで宇宙ひもの検出が可能となる。将来の観測
プロジェクトにおける検出可能性を考察した結果、組
み替え確率の小さな宇宙ひもに対して弱重力レンズ
効果の観測は高い感度を有していることがわかった
[43, 169]。
て見積もる場合があり、一般にガス雲の重力崩壊を
速めてしまうことが分かった。次に、宇宙初期のバ
リオン振動に起因する、ダークマターに対する超音
速流がある場合には、小さなハローのガス分率が大
幅に低下し、分子ガス雲形成が阻害される、あるい
は数千万年程度遅れることを明らかにした [64]。
非熱的なウィーノ暗黒物質が構造形成に与える影響
従来の構造形成シミュレーションは物質分布を N
個の質点で離散的に表現し、質点間の重力相互作用
を追うという N 体計算の手法をとるものがほとんど
である。本来は、膨大な数の微視的な素粒子から成
るダークマターの密度進化を追う場合などには、無
衝突ボルツマン方程式と重力のポアソン方程式を結
合させて解けばよいはずである。これは 6 次元位相
空間上での積分を伴うために困難であったが、最近
のコンピューターの能力の向上により、現実的な設
定で空間 3 次元のボルツマンシミュレーションが可
能となった。我々はプラズマ物理学で使われる PFC
法に基づく計算スキームを開発し、移流問題、ラン
ダウ減衰、キング球衝突の計算などを行い、計算精
度を確かめた。また、運動量空間での連続的な分布
関数の進化を明らかにした [61]。
LHC (Large Hadron Collider) 実験において ATLAS 及び CMS の両解析チームがヒッグス粒子と思
われる質量 ∼ 125 GeV の新粒子の発見を報告した。
これを受けて、超対称模型としてゲージーノの質量
はアノマリー伝達型、ゲージーノ以外の超対称粒子
の質量は重力伝達型で与えられるシナリオが考えら
れている。この模型では多くの場合ウィーノが暗黒
物質になるが、LHC 実験及び将来の間接探査で検出
可能なウィーノについては熱的な残存量は無視でき
る程度でしかない。よって、ウィーノ暗黒物質のほ
とんどはグラヴィティーノのような長寿命粒子の崩
壊によって作られる。崩壊の際にウィーノ暗黒物質
は大きな運動量をもつが、その後の背景プラズマと
の相互作用によって運動量を失っていく。我々 [46]
はボルツマン方程式を数値的に解き、現在において
もウィーノ暗黒物質のかなりの量が非熱的な速度を
持っている事を示した。
遠方サブミリ波銀河の形成シミュレーション
重力伝達型超対称模型における暗黒物質及びバリオ
重力系のボルツマンシミュレーション
宇宙論的流体シミュレーションを用いて高赤方偏
移でのサブミリ波銀河の分布を明らかにした。個々
の銀河の星形成史、金属量、星質量から SED を計算
し、サブミリ波帯で模擬観測を行い、ソースカウン
トや 2 点相関関数を計算した。これまでに、同モデ
ルで水素輝線銀河については赤方偏移 3 での光度関
数や空間分布などを再現することは確認済みである。
本研究では、ASTE 望遠鏡などによりこれまでに得
られた観測結果と比べ、1.1 ミリ帯で非常によい一
致を得た。また、光円錐上の銀河カタログを作成し、
サブミリ波帯で 0.1 mJy 以上の銀河は赤方偏移 6 以
上にも多数存在し、ALMA で 40 分角視野のサーベ
イを行えば 10 個以上検出可能であると結論した。そ
のような銀河は典型的に 1 兆太陽質量程度のダーク
ハローの中心部に存在する [62]。
始原ガス雲形成過程での輻射と流体速度の影響
高赤方偏移ではガスとダークマターは空間分布も
速度も異なるため、相対速度や輻射輸送効果を陽に
取り入れないと分子ガス雲形成時期やガス雲の形態
を正しく求めることができない。我々は 3 次元のシ
ミュレーションを用い、輻射冷却の方向依存性や化
学反応率の不定性、さらに流体速度の影響を詳細に
調べた [63]。等方性を仮定した近似では、水素分子
輝線に対しては実効的な光学的厚みを 5 倍程度誤っ
ン数共生成
従来のアフレック・ダイン機構による暗黒物質及び
バリオン数共生成においては、Q-ボール崩壊に寄与
する過程としてスクォークの崩壊のみを考慮してい
たため、暗黒物質の質量は O(1) GeV だと考えられ
ていた。我々 [47] は Q-ボール崩壊に対してスクォー
クの対消滅が支配的な寄与をすることを指摘し、暗
黒物質の質量が O(100) GeV になりうる事を示した。
温かい暗黒物質モデル及び崩壊する荷電重粒子モデ
ルにおける銀河ハロー形成
近年の高解像度 N 体計算により、冷たい暗黒物質
を仮定した標準的な宇宙論では我々の局所銀河群中
に観測されている衛生銀河の数を説明できない事（衛
生銀河問題）が報告されている。これを受けて、そ
の解決策となる温かい暗黒物質のモデルが素粒子論
から提案されている。我々 [48, 100, 201] は温かい暗
黒物質の構造形成に対する影響が、温かい暗黒物質
が全暗黒物質中に占める割合と物質輻射等密度時の
ジーンズスケールで特徴づけられる事を示した。我々
はさらに崩壊する荷電重粒子モデルも取り上げ、実
際に大規模 N 体計算を実行することで、寿命が１年
程度の荷電重粒子モデルは温かい暗黒物質と同様に
衛生銀河問題の解決となることを示した。
1.2. 観測的宇宙論
シミュレーション銀河団の質量推定における静水圧
平衡の正当性
銀河団の X 線観測における質量推定において、通
常、銀河団ガスが静水圧平衡の状態にあると仮定す
るが、この正当性はよくわかっていない。今回は、高
精度の宇宙論的シミュレーションから取り出した銀
河団を解析することで、静水圧平衡の正当性を検証
した。まず、銀河団ガスが従うオイラー方程式の各
項を質量に換算し、それらの全質量に対する割合を
評価した。その結果、圧力勾配項、すなわち静水圧
平衡の仮定の下で得られる質量は全質量よりも平均
的に 15%程度小さいことがわかった。最大で 30%程
度のずれが起こる場合もある。さらに重要な点とし
て、このずれは主に銀河団ガスの加速度に起因する
ことを示した。過去の研究において、手法の差異の
ため、静水圧平衡の破れの原因については様々な主
張があったが、今回の研究はシミュレーション中のガ
スが従う方程式に忠実な解析手法をとっており、ま
た、ガスの加速度は過去の研究において無視されて
いたため、その重要性を定量的に示した点で重要で
ある [33, 90]。
シミュレーションによる 2 次元観測量から得た銀河
団質量へのバイアス
シミュレーションの 3 次元データの解析によって
研究静水圧平衡によって得られた銀河団の質量は真
の質量から平均的 15%、最大 30%程度ずれることが
わかったが、実際の観測においては 2 次元の観測量
からガスの密度と温度を推定し、それから質量を構
築しなければならない。この過程において質量にさ
らなるバイアスが生じる可能性がある。今回は、シ
ミュレーションデータから擬似的な観測量を作り、球
対称のガス密度および温度プロファイルを仮定した
上で、疑似観測量を再現するようなガス密度および
温度をフィッティングによって得た。この結果、銀河
団の外側のサブストラクチャーによって密度が過大
評価され、それに伴って温度が過小評価されること
がわかった。これによって、質量は外側で本質的な
静水圧平衡の破れによるものよりもさらに 10%程度
過小評価される。結果的に銀河団の質量は外側で最
大 40%過小評価される可能性がある。近年すざくや
Chandra などの衛星によって銀河団の外側の観測が
始まっているため、その際のガスに関する物理量や
質量の推定における注意を促すものである [90]。
原始揺らぎの非ガウス性の存在下での暗黒物質ハロー
のクラスタリング
宇宙の原始揺らぎの非ガウス性は、揺らぎを創っ
た機構を峻別する上で重要な指標である。通常、原
始揺らぎはインフレーション期に創成されたと考え
るので、この指標はインフレーションの物理を探る
上で役立つと期待できる。これまで、非ガウス初期
揺らぎに基づく構造形成論は、最も単純な単一の場
43
の２次の局所結合型で表される場について主に議論
されてきた。我々は、宇宙論的Ｎ体シミュレーショ
ン及び簡単な解析的模型を用いて、複数の自由度と、
任意の次数の結合を持った原始揺らぎの場合へ拡張
を行った。従来の模型では、物質が重力的に束縛し
てできるハローの空間分布に「距離依存バイアス」
と呼ばれる非自明な効果が現れることが分かってい
たが、我々はこの特徴が非線形結合の次数に依らな
いこと、また、多自由度を持つ場の場合にはバイア
ス関数の形状が影響されることを示した。このこと
を用いれば、将来観測から模型に依らずに宇宙の初
期条件の自由度の数を探れる可能性が拓ける。また、
異なる時刻、異なる種族の銀河の観測を組み合わせ
ることで、原理的に非線形結合の形に制限が付くこ
とを示した [30]。
Ｎ体シミュレーションを用いた繰り込みバイアスモ
デルの検証
宇宙の大規模構造を記述する上で、物質の質量密
度分布と観測された銀河の数密度分布の関係をバイ
アスと呼び、目下最大の不定性はここにある。我々
は過去数年間、宇宙の密度揺らぎの進化を精密に解
析し、宇宙論的Ｎ体シミュレーションから測定され
た物質の２点相関関数をパーセントレベルで再現で
きる精密な解析模型の開発に取り組んできた。我々
は、この結果と最近提案された「繰り込み」バイアス
模型を組み合わせた定式化を行い、Ｎ体シミュレー
ションから同定された暗黒物質ハローの自己相関関
数を現在の観測の統計誤差以内の精度で再現するこ
とに成功した。また、将来の銀河サーベイと弱重力
レンズサーベイの組み合わせからバイアスの不定性
を低減することを念頭に、ハロー - 物質の相互相関
関数も同時に考慮した場合、我々の模型は、先の自
己相関関数と併せて整合的に説明することが可能で
あることを示した [31]。
弱重力レンズサーベイにおける共分散行列の非ガウ
ス性の重要性と、その宇宙論パラメタへの伝播
弱重力レンズサーベイのデータを解析する際、測
定されたスペクトルの精密な模型が必要なのはもち
ろんだが、その統計誤差についても正しく理解して
いる必要がいる。一般に、n 点統計量の共分散行列
を計算するためには 2n 点までの統計量が必要とな
るため、これを解析的に導出するのは解析に用いる
統計量より困難となる。我々はＮ体シミュレーショ
ンから作成した 1,000 個もの独立な模擬重力レンズ
マップを用いることでパワースペクトル及びバイス
ペクトルの共分散行列を数値的に導出し、その非ガ
ウス成分の取扱いを誤った場合、如何に宇宙論パラ
メタの制限を誤ってしまうかを調査した。我々は、非
ガウス誤差を無視した場合、これら 2 つのスペクト
ルから得られるトータルの signal-to-noise ratio は典
型的な将来観測の場合に 2 から 3 倍に過大評価して
しまうこと、及び、標準的な６パラメタ宇宙模型の
1 初期宇宙進化論
44
場合、１パラメタあたりの不定性を 15%程度見誤っ
てしまうことを示した。この数値は、全天に迫る広
域をサーベイする、将来の衛星観測の計画の場合に
非常に重要になり得る [32]。
関などの統計量を探る手法が得られると期待される
[53, 143, 205, 206]。
重力レンズを用いた暗黒物質モデルの制限
銀河団を用いた重力理論の検証
太陽系、銀河、銀河団等の局所領域における重力理
論の検証に向けて、修正重力理論におけるスカラー
場のプロファイルを調べ、銀河団重力レンズを用い
た検証可能性を指摘した。宇宙の加速膨張に動機づ
けられ、ダークエネルギーの代替としての修正重力
理論が活発に研究されている。太陽系実験をはじめ
とする局所重力実験と整合性のある理論は、局所ス
ケールで一般相対性理論へ帰着するために遮蔽機構
を備える必要がある。
このような背景で、Horndeski 理論（最も一般的
なスカラー・テンソル重力理論）において、局所領域
におけるスカラー場のプロファイルを研究し、局所
領域において、すべてのスカラー・テンソル型重力
理論に対して有効な定式化をおこなった。静的球対
称な場合、スカラー場は一般に 5 次方程式に従うこ
とを明らかにした。さらに、スカラー場のプロファ
イルを調べ、遮蔽機構が実現される条件を導出した。
また、この定式化を銀河団重力レンズに適用した。
例として massive gravity 理論では、重力の修正が
重力レンズシアーにどのような影響を与えるかを調
べた。遮蔽機構を実現するパラメータの境界領域で
は、重力の遷移が滑らかではなくなり、重力レンズ
シアーに特徴的な「谷」シグナルが現れることを明
らかにし、銀河団を用いた重力理論の検証可能性を
指摘した [27, 173, 124, 125, 110, 175, 176, 216]。
未だその正体がわからないダークマターの性質を
宇宙論的観測から明らかにすることは非常に重要な
課題である。宇宙論の標準モデルではダークマター
は速度分散の小さいコールドダークマターだとされ、
大スケールにおいて観測を非常に良く説明する。一
方で小スケールにおいては、観測される密度ゆらぎ
が標準モデルの予言に比べ小さいという問題がある。
速度分散の大きいウォームダークマターはある特徴
的スケール以下の密度ゆらぎを減衰させるため、こ
の性質により理論と観測の不一致が説明される可能
性がある。このようにダークマターが本当にコール
ドなのかは未だ決着していない問題である。
ダークマターの速度分散（とそれに対応する質量）に
対する新たな制限を得るために、我々はダークマター
サブハロー質量関数という従来とは異なる統計量に着
目した。この統計量はすばる望遠鏡 Hyper SuprimeCam(HSC) を用いた重力レンズ観測によって正確な
測定が可能である。重力レンズを用いることで直接
的に系の力学的質量を推定でき、従来の手法に比べ
理論的不定性が少ないことにサブハロー質量関数を
用いる強みがある。我々は観測と比較しダークマター
の質量に対する制限を得るために、コールドダーク
マターと 3 つのウォームダークマターモデルそれぞ
れに対して N 体シミュレーションによるサブハロー
質量関数の理論予言を行った。さらに、HSC による
観測を想定した統計的誤差の評価を行い、実際の観
測によってダークマターの質量に対する新たな制限
が期待できることを示した [88]。
銀河系ダスト減光地図のスタック解析による銀河遠
星形成
赤外放射の検出
1.3
あらゆる銀河系外天文観測は、我々の銀河系前景
成分を通してなされるため、正確な銀河系ダスト地
図による減光補正が重要となる。現在最も広く用い
られている減光地図は、 Schlegel et al. (1998:SFD)
による SFD 地図である。しかし、この減光地図に
は特に減光量の小さい領域において系統誤差が含ま
れていることが、Yahata et al. (2007) による SDSS
銀河カタログの個数面密度測定によって示されてい
た。さらに Yahata et al. (2007) では、系統誤差の
原因は SDSS 銀河自身の遠赤外放射がその原因であ
ると提案されている。
我々は本研究において、SDSS 銀河を中心として
SFD 地図をスタックすることにより、SFD 地図中に
含まれた SDSS 銀河の遠赤外放射を直接検出した。
この結果は、 Yahata et al. (2007) によって提案
された上記の仮説の正当性を観測的に示すものであ
る。さらにこのスタック解析によって、SFD 地図を
統計的に補正する手法や、個々では検出限界以下の
微弱な銀河遠赤外放射、およびその可視光度との相
第一世代星の超新星爆発に起因する低金属量星形成
第一世代星は典型的に大質量（太陽質量の数十か
ら数百倍）であったと考えられている。ガス雲中に
金属（ヘリウムより重い元素、ガスの放射冷却率に
大きく寄与する）が存在しなかったため、ガスが十分
冷却されないためである。一方、現在の星は典型的
に太陽質量以下である。星の典型的な質量の遷移が
いつどのようにして起きたか。この問題は宇宙の構
造形成を知る上で重要である。大質量星は、紫外線
放射により銀河間物質の電離、星形成の抑制を引き
起こすことで構造形成に影響を与える一方、低質量
（太陽質量以下）星はその効果が小さいためである。
本研究では、金属量が星の質量に与える影響につ
いて調べた。特に、低金属量の星間ガス中で大質量
星が超新星爆発を起こすことによって星が形成され
る過程を数値的に追った。まず、超新星爆発による衝
撃波で星周ガスが球殻状に圧縮される。その領域が
重力的に不安定になるとガスがジーンズ質量程度に
分裂し、それぞれの分裂片が重力収縮を始める。さ
1.4. 系外惑星
らに分裂片は、ダスト（金属原子が凝縮した固体微
粒子で、より冷却に寄与する）による急激な冷却に
より不安定になり、さらに分裂が進むことがわかっ
た。分裂片の最終的な質量は 太陽質量の百分の一か
ら十分の一であり、この後のガス降着により、低質
量星が形成されることが示唆された [44, 85, 140]。
45
また、計算結果をもちいた脈動不安定解析も行い、
こうした星は脈動による質量放出を経験するものの、
ガス降着率が非常に急速なため星の質量増加は妨げ
られないことを示した [59]。
1.4
低金属量星形成ガス雲中のダスト成長と、ガス雲の
熱的進化に与える影響
低金属量 (太陽の金属量の十万分の一程度) の星
間ガス中において低質量の星が形成されるためには、
ダスト冷却が重要な役割を担うと考えられる。した
がって、初期宇宙における星形成を考える際は、ダ
スト量を正しく見積もる必要がある。初期宇宙にお
いて、ダストは主に超新星によって供給されるが、超
新星ではダストを破壊する作用も働く。ダスト破壊
の大きい超新星によって金属 · ダスト汚染を受けた
ガス雲中では、ガスの冷却が不十分であり、大質量
の星が形成される可能性がある。
しかし、ガスの重力収縮に伴って密度が上昇する
と、ダストがガス相の金属原子を取り込むこと（ダ
スト成長）が示唆されている。本研究では、ダスト
の成長を考慮し、星形成ガス雲の進化に与える影響
を求めた。その結果、ダスト破壊の大きいモデルで
も、最終的にダストは十分成長し、冷却に寄与する
ことが分かった [45, 140, 99, 198, 199, 200, 161]。
系外惑星
惑星光の自転・公転による時間変動を利用した惑星
表面 2 次元マッピング
将来直接撮像によって系外地球型惑星の詳細を知
ろうとする上で、点源としての地球の測光・分光学
的特徴からどこまで情報を得られるかは重要な試金
石である。私たちは、惑星表面が非一様な場合に反
射光が自転・公転によって時間変動することに注目
し、これを逆に解くことで表面を再構築する方法論
をまとめた。また、その方法論を地球の反射光のシ
ミュレーションに適用して現実的な実現可能性を調
べた。前年度までの研究で、軌道傾斜角が 0 で惑星
のフェーズが一定の場合についてはうまく逆解きが
できることが分かった。本年度は、軌道傾斜角が 0 で
ない場合でも、雲の散乱による非等方性の影響が強
いデータを使わないことで妥当なマッピングができ
ることを示した。また、軌道傾斜角や自転軸方向を
様々に変えて地球のライトカーブをシミュレーショ
ンし、自転軸方向の推定可能性を系統的に調べた。地
球の場合かそれ以上に大きな場合は、比較的良く推
定できることが分かった [34]。
初期宇宙での超急速ガス降着による超大質量星形成
最近の観測によると z > 6 の宇宙で 109 M⊙ 以上
の超巨大ブラックホール (SMBH) がすでに形成され
ている。これはビッグバンから 1Gyr 以下しか経過
しておらず、これほど短時間に SMBH がどうやって
形成されたのか問題になっている。これを説明する
のに、初代星形成のある特殊な状況下でかなり大質
量の BH が直接形成されるシナリオが最近活発に議
論されている。例えば、非常に強い紫外光にさらさ
れたダークハロー中では水素分子が形成されず、Ly
α放射冷却により温度約 8 千度を維持したままガス
雲が収縮する。その結果、∼ 105 M⊙ の超大質量星
が形成され、一般相対論的不安定により BH に重力
崩壊するというシナリオである。
このとき 0.1 M⊙ /yr もの超大降着率で原始星が成
長すると考えられているが、こうした極端に大きな
降着率下で星がどのように進化するか知られていな
かった。そこで、初めて星の構造を数値的に解いて
調べたところ、星は質量の増加とともに膨張を続け、
超巨星 (半径 103 R⊙ 以上) として成長するという新
しい描像が見えてきた [58]。この間、星半径は星質
量の 1/2 乗に比例して増加し、降着率が 0.01 M⊙ /yr
以上であれば降着率の依存性は殆どない。この”supergiant protostar” の進化段階は星の有効温度がお
よそ 5000K と低く星の UV 光度は非常に小さい。こ
のためガス降着流に対するフィードバックは弱く、実
際に超大質量星が形成され得ることを初めて示した。
地球の近赤外線スペクトルに見られる分子吸収線の
時間変動とその解釈
EPOXI によって宇宙空間から観測された地球の近
赤外分光データを用いて、点源としての地球のスペ
クトルに見られる酸素・二酸化炭素・水の吸収線等
価幅の時間変化を調べた。これらは連続成分とは異
なるふるまいを示すことが分かったが、このふるま
いは雲が不透明として簡単化したモデルで再現でき
ることが確かめられた。逆に、分子吸収線の時間変
化から雲被覆の非一様性の情報が得られることにな
る。また、酸素や二酸化炭素と水蒸気の吸収線変動
パターンが異なることに注目し、水蒸気分布の非一
様性の検証可能性、またそれが水循環について与え
る示唆について議論した [36]。
複数惑星系に対する初のロシター効果の検出と惑星
同士の食の発見
昨年度に引き続きトランジット惑星系のロシター
効果の観測を行ったが，今回新たな試みとして，惑星
が複数トランジットする系に対して初めてロシター
効果の測定を実施した。複数トランジット惑星系にお
いて星の自転軸と惑星の公転軸を推定する事は，複
1 初期宇宙進化論
46
数惑星系の角運動量がどのように進化してきたかを
議論する貴重な機会を与える。今年度の研究では，ケ
プラー宇宙望遠鏡が発見した惑星系候補天体 KOI-94
に対してロシター効果の観測を実施し，結果として
木星型惑星 KOI-94.01 の公転軸と中心星の自転軸が
約 10 °の範囲内でよく揃っている事を示した。これ
は複数惑星系に対する初のロシター効果の検出であ
る。さらに我々はロシター効果の観測を計画してい
るうちに，ケプラー宇宙望遠鏡の公開しているアー
カイブ測光データの中で，
「惑星同士の食」という極
めて珍しい天体現象を発見した。これは２つの惑星
が同士のトランジットをし，その最中に惑星同士が
光球面上で重なり合うという現象である。この現象
自体非常に珍しいものであるが，この「惑星同士の
食」の測光データのパターンの測光解析から２つの
惑星の公転軸が非常によく揃っている事も突き止め
た。この結果と上記ロシター効果の観測結果と合わ
せて，KOI-94 という複数惑星系では星の自転角運動
量と惑星の公転角運動量の方向がよく揃っている事
が明らかとなった [50, 51, 52]。
要な示唆を与える量である惑星の軌道傾斜角の決定
において有用であることは既に指摘されていたもの
の、実際の観測例を欠いていたこともあり、その物
理的なモデル化や重力多体問題としての効果にまで
踏み込んだ解析はこれまでなされていなかった。そ
こで我々は、まず planet-planet eclipse の解析的な
モデルを構築し、食によって生じる増光の形状から
2 惑星の軌道傾斜角が一意に復元できることを示し
た。さらに惑星どうしが及ぼし合う摂動によるトラ
ンジット時刻の一定周期からのずれ (transit timing
variation) を N 体計算を用いて解析することで、系の
力学的なパラメータについての制限を与えた。最後に
これらの結果をふまえ、次回の planet-planet eclipse
の発生時刻について多体問題の効果まで含めた予測
を行った [204]。
1.5
参考文献
＜受賞＞
ケプラー測光を用いたトランジット惑星を持つ星の
[1] 横山順一 井上学術賞 「インフレーション宇宙論の
実証的研究」。2013 年 2 月 4 日
自転傾斜角測定
[2] 細川隆史、日本天文学会研究奨励賞、日本天文学会、
2013 年 3 月 21 日
ケプラー宇宙望遠鏡が発見した惑星系候補天体に
対しすばる望遠鏡を用いて分光観測を行い，星の基
本的なパラメータ（星の有効温度・表面重力・半径
など）を決定した。一方ケプラー望遠鏡で得られた
測光観測データを詳細に解析し，惑星候補を持つ星
の自転周期を見積もった。これらの情報（すばる望
遠鏡での分光観測とケプラー望遠鏡による測光観測）
を組み合わせて，星の自転軸傾斜角という量を推定
した。惑星の軌道公転軸が我々の視線方向に対して
ほぼ垂直であるトランジット惑星系では，星の自転
軸傾斜角は星の自転軸と惑星の公転軸の関係につい
て示唆を与える。昨年度は試験的な試みとして約１
５天体を観測・解析したが，今年度はこれを拡張し
さらに追加で約１５天体を観測・解析した。解析で
は射影自転速度の推定等においてより詳細なモデル
を用いるなど，解析面でも改良を加えた。全部で約
３０天体を解析したが，その結果として約５天体に
ついては星の自転軸と惑星の公転軸が優位にずれて
いる可能性があるという示唆が得られた [49]。
[3] 松原隆彦、第 17 回林忠四郎賞 「統計的摂動解析理論
に基づく観測的宇宙論の開拓」、日本天文学会、2013
年 3 月 21 日
KOI-94 系における惑星食の研究
KOI-94 系は、NASA のケプラー宇宙望遠鏡によっ
て発見された複数トランジット系であり、周期 3.7 日、
10.4 日、22.3 日、54.3 日をもつ 4 つの惑星候補天体
を有する。この系は、複数惑星系の形成を理解する
うえで極めて重要な役割を果たすことが期待されて
いるが、同時に “planet-planet eclipse” とよばれる
非常にまれな現象 (2 つの天体が同時に恒星面上を横
切り、かつその途中で視線方向から見て重なりあう)
がはじめて観測された系としても知られている。こ
のような現象が、惑星の軌道進化の過程について重
[4] 平野照幸、平成 24 年度東京大学大学院理学系研究科
研究奨励賞 (博士課程）「惑星移動機構解明に向けた
トランジット惑星系の軌道傾斜角測定」、2013 年 3 月
25 日
[5] 本橋隼人、平成 24 年度東京大学大学院理学系研究科
研究奨励賞 (博士課程）
「修正重力理論による加速膨張
宇宙の記述とその宇宙論的帰結 」、2013 年 3 月 25 日
＜報文＞
(原著論文)
[6] X. Gao, T. Kobayashi, M. Shiraishi, M. Yamaguchi, J. Yokoyama and S. Yokoyama,
arXiv:1207.0588 [astro-ph.CO], PTEP (2013)
053E03.
[7] T. Kobayashi and J. Yokoyama, J. Cosmo.
& Astroparticle Phys. 1302 (2013) 005
[arXiv:1210.4427 [astro-ph.CO]].
[8] R. Saito, M. Nakashima, Y. Takamizu and
J. Yokoyama, J. Cosmo. & Astroparticle
Phys. 1211 (2012) 036 [arXiv:1206.2164 [astroph.CO]].
[9] M. Lake and J. Yokoyama, J. Cosmo. & Astroparticle Phys. 1209 (2012) 030 [arXiv:1207.4891 [grqc]].
[10] T. Suyama, T. Takahashi, M. Yamaguchi and
S. Yokoyama, arXiv:1303.5374 [astro-ph.CO].
[11] T. Suyama and S. Yokoyama, arXiv:1303.1254
[astro-ph.CO].
1.5. 参考文献
47
[12] C. Ringeval, T. Suyama and J. Yokoyama,
arXiv:1302.6013 [astro-ph.CO].
arXiv:1302.2311 [astro-ph.CO] (accepted for publication in Phys. Rev. D (2013)).
[13] T. Suyama and J. Yokoyama, Phys. Rev. D 86,
023512 (2012) [arXiv:1204.3976 [astro-ph.CO]].
[28] T. Kunimitsu and J. Yokoyama, “Higgs condensation as an unwanted curvaton,” Phys. Rev. D 86,
083541 (2012) [arXiv:1208.2316 [hep-ph]].
[14] T. Suyama, Y. Watanabe and M. Yamaguchi,
Phys. Rev. D 85, 083504 (2012) [arXiv:1201.3163
[astro-ph.CO]].
[15] Y. Watanabe and J. Yokoyama, “Gravitational
modulated reheating and non-Gaussianity in Supergravity R2 inflation,” arXiv:1303.5191 [hep-th].
[16] J. Yoo and Y. Watanabe, “Theoretical Models of
Dark Energy,” Int. J. Mod. Phys. D 21, 1230002
(2012) [arXiv:1212.4726 [astro-ph.CO]].
[17] A. E. Gumrukcuoglu, S. Kuroyanagi, C. Lin,
S. Mukohyama and N. Tanahashi, Class. Quant.
Grav. 29, 235026 (2012) [arXiv:1208.5975 [hepth]].
[18] S. Kuroyanagi, K. Miyamoto, T. Sekiguchi,
K. Takahashi and J. Silk, Phys. Rev. D 87, 023522
(2013) [arXiv:1210.2829 [astro-ph.CO]].
[19] S. Kuroyanagi, C. Ringeval and T. Takahashi,
arXiv:1301.1778 [astro-ph.CO], Phys. Rev. D87,
083502 (2012).
[29] K. Eda, Y. Itoh, S. Kuroyanagi and J. Silk, “New
probe of dark matter properties: gravitational
waves from an intermediate-mass black hole embedded in a dark-matter minispike,” Phys. Rev.
Lett. 110, 221101 (2013) arXiv:1301.5971[gr-qc]
[30] Takahiro Nishimichi: “Scale Dependence of the
Halo Bias in General Local-Type Non-Gaussian
Models I: Analytical Predictions and Consistency
Relations”, J. Cosmo. & Astroparticle Phys. 08
(2012) 037
[31] Atsushi Nishizawa, Masahiro Takada & Takahiro
Nishimichi: “Perturbation theory for nonlinear
halo power spectrum: the renormalized bias and
halo bias”, arXiv:1212.4025
[32] Masanori Sato & Takahiro Nishimichi: “Impact of
the non-Gaussian covariance of the weak lensing
power spectrum and bispectrum on cosmological
parameter estimation”, arXiv:1301.3588
[20] T. Kobayashi, H. Motohashi and T. Suyama,
“Black hole perturbation in the most general
scalar-tensor theory with second-order field equations I: the odd-parity sector”, Phys. Rev. D 85,
084025 (2012) [arXiv:1202.4893].
[33] Daichi Suto, Hajime Kawahara, Tetsu Kitayama,
Shin Sasaki, Yasushi Suto & Renyue Cen: “Validity of Hydrostatic Equilibrium in Galaxy Clusters
from Cosmological Hydrodynamical Simulations”
Astrophys. J. 767 (2013) 79
[21] H. Motohashi, A. A. Starobinsky and J. Yokoyama,
“Cosmology based on f (R) Gravity admits 1 eV
Sterile Neutrinos”, Phys. Rev. Lett. 110, 121302
(2013) [arXiv:1203.6828].
[34] Y. Fujii & H. Kawahara: “Mapping Earth-analogs
from Photometric Variability: Spin-Orbit Tomography for Planets in Inclined Orbits”, Astrophys.
J. 755 (2012) 101
[22] H. Motohashi and A. Nishizawa, “Reheating after
f (R) inflation”, Phys. Rev. D 86, 083514 (2012)
[arXiv:1204.1472].
[35] H. Kawahara, T. Matsuo, M. Takami, Y. Fujii, T. Kotani, N. Murakami, M. Tamura, & O.
Guyon: “Can Ground-based Telescopes Detect
The Oxygen 1.27 Micron Absorption Feature as
a Biomarker in Exoplanets ?”, Astrophys. J. 758
(2012) 13
[23] H. Motohashi and T. Suyama, “Self-accelerating
Solutions in Massive Gravity on Isotropic Reference Metric”, Phys. Rev. D 86, 081502(R) (2012)
[arXiv:1208.3019].
[24] H. Motohashi, T. Suyama and J. Yokoyama, “Consequences of a stochastic approach to the conformal invariance of inflationary correlators”, Phys.
Rev. D86 (2012) 123514, [arXiv:1210.2497].
[25] J. Martin, H. Motohashi and T. Suyama, “Ultra Slow-Roll Inflation and the non-Gaussianity
Consistency Relation”, J. Martin, H. Motohashi
and T. Suyama, Phys.Rev. D87 (2013) 023514,
[arXiv:1211.0083].
[26] A. G. Polnarev, T. Nakama and J. Yokoyama,
“Self-consistent initial conditions for primordial
black hole formation,” J. Cosmo. & Astroparticle
Phys. 1209, 027 (2012) [arXiv:1204.6601 [gr-qc]].
[27] T. Narikawa, T. Kobayashi, D. Yamauchi and
R. Saito: “Testing general scalar-tensor gravity and massive gravity with cluster lensing”,
[36] Y. Fujii, E. L. Turner, & Y. Suto: “Variability
of Water and Oxygen Absorption Bands in the
Disk-Integrated Spectra of the Earth”, Astrophys.
J. 765 (2013) 76
[37] Toshiya Namikawa, Duncan Hanson & Ryuichi
Takahashi “Bias-hardened CMB lensing” Mon.
Not. R. Astron. Soc.(2013)
[38] Masato Shirasaki, Naoki Yoshida, Takashi Hamana
& Takahiro Nishimichi: “Probing Primordial NonGaussianity with Weak-lensing Minkowski Functionals”, Astrophys. J. 760 (2012) 45
[39] Takashi Hamana, Masamune Oguri, Masato Shirasaki & Masanori Sato: “Scatter and bias in weak
lensing selected clusters”, Mon. Not. R. Astron.
Soc.(2012) 425 (3) 2287-2298
[40] Atsushi Taruya, Takahiro Nishimichi & Francis
Bernardeau: “Precision modeling of redshift-space
1 初期宇宙進化論
48
distortions from a multipoint propagator expansion”, Physical Review D, 87, (2013) 083509
[41] Ryuichi Takahashi, Masanori Sato, Takahiro
Nishimichi, Atsushi Taruya & Masamune Oguri:
“Revising the Halofit Model for the Nonlinear Matter Power Spectrum”, Astrophys. J. 761, (2012)
152
[42] Atsushi Taruya, Francis Bernardeau, Takahiro
Nishimichi & Sandrine Codis: “Direct and fast
calculation of regularized cosmological power spectrum at two-loop order”, Physical Review D, 86
(2012) 103528
[43] Daisuke Yamauchi, Toshiya Namikawa & Atsushi
Taruya: “Weak lensing generated by vector perturbations and detectability of cosmic strings”, J.
Cosmo. & Astroparticle Phys. 10 (2012) 030
[44] Gen Chiaki, Naoki Yoshida, & Tetsu Kitayama:
“Low-mass Star Formation Triggered by Early Supernova Explosions”, Astrophys. J. 762 (2013) 50
[45] Gen Chiaki, Takaya Nozawa, & Naoki Yoshida:
“Growth of Dust Grains in a Low-metallicity Gas
and Its Effect on the Cloud Fragmentation”, Astrophys. J. 765 (2013) L3
[46] Ibe Masahiro, Kamada Ayuki, & Matsumoto
Shigeki.: “Imprints of non thermal Wino dark matter on small-scale structure”, Physical Review D,
87 (2013) 063511
[47] Kamada Ayuki, Kawasaki Masahiro, & Yamada
Masaki: “Opening the window to the cogenesis
with Affleck-Dine mechanism in gravity mediation” Physics Letters B, 719 (2013)
[48] Kamada, Ayuki, Yoshida, Naoki, Kohri, Kazunori,
& Takahashi, Tomo ”Structure of dark matter halos in warm dark matter models and in models with
long-lived charged massive particles” J. Cosmo. &
Astroparticle Phys. (2013)
[49] Teruyuki Hirano, Roberto Sanchis-Ojeda, Yoichi
Takeda, Norio Narita, Joshua N. Winn, Atsushi
Taruya, & Yasushi Suto, “Measurements of Stellar
Inclinations for Kepler Planet Candidates ”, Astrophys. J. 756 (2012) 66
[50] Simon Albrecht, Joshua N. Winn, John Asher
Johnson, Andrew W. Howard, Geoffrey W. Marcy,
Paul Butler R., Pamela Arriagada, Jeffrey D.
Crane, Stephen A. Shectman, Ian B. Thompson,
Teruyuki Hirano, Gaspar Bakos, & Joel D. Hartman, “Obliquities of Hot Jupiter Host Stars: Evidence for Tidal Interactions and Primordial Misalignments”, Astrophys. J. 757 (2012) 18
[51] Teruyuki Hirano, Norio Narita, Bun’ei Sato,
Yasuhiro H. Takahashi, Kento Masuda, Yoichi
Takeda, Wako Aoki, Motohide Tamura, & Yasushi
Suto, “Planet-Planet Eclipse and the RossiterMcLaughlin Effect of a Multiple Transiting System: Joint Analysis of the Subaru Spectroscopy
and the Kepler Photometry ”, Astrophys. J. Letters, 759 (2012) L36
[52] Norio Narita, Yasuhiro H. Takahashi, Masayuki
Kuzuhara, Teruyuki Hirano, et al., “A Common
Proper Motion Stellar Companion to HAT-P-7”,
Publ. Astron. Soc. Japan 64 (2012) L7
[53] Toshiya Kashiwagi, Kazuhiro Yahata & Yasushi
Suto: “Detection of Far Infrared Emission from
Galaxies and Quasars in the Galactic Extinction
Map by Stacking Analysis”, Publ. Astron. Soc.
Japan 65 (2013) in press (arXiv:1212.0307)
[54] Kenkichi Yamada, Tetsu Kitayama, Shigehisa Takakuwa, Daisuke Iono, Takahiro Tsutsumi, Kotaro Kohno, Motokazu Takizawa,
Kohji Yoshikawa, Takuya Akahori, Eiichiro Komatsu, Yasushi Suto, Hiroshi Matsuo, & Ryohei
Kawabe; “Imaging Simulations of the SunyaevZel’dovich Effect for ALMA”, Publ. Astron. Soc.
Japan 64(2012)102
[55] den Herder et al.“ORIGIN: Metal Creation and
Evolution from the Cosmic Dawn”, Experimental
Astronomy 34 (2012) 519–549
[56] Masahiro Takada, Richard Ellis, Hiroaki Aihara,
Nobuo Arimoto, Kevin Bundy, Masashi Chiba, Judith Cohen, Olivier Dore, Jenny E. Greene, James
Gunn, Timothy Heckman, Chris Hirata, Paul Ho,
Jean-Paul Kneib, Olivier Le Fevre, Hitoshi Murayama, Tohru Nagao, Masami Ouchi, Michael
Seiffert, John Silverman, Laerte Sodre Jr, David
Spergel, Michael A. Strauss, Hajime Sugai, Yasushi Suto, Hideki Takami, Rosemary Wyse, the
PFS Team; “Extragalactic Science and Cosmology with the Subaru Prime Focus Spectrograph
(PFS)“, Publ. Astron. Soc. Japan (2012) in press
(arXiv:1206.0737)
[57] Takashi Hosokawa, Naoki Yoshida, Kazuyuki
Omukai & Harold W. Yorke: “Protostellar Feedback and Final Mass of the Second-generation Primordial Stars” Astrophys. J. 760 (2012) 37L
[58] Takashi Hosokawa, Kazuyuki Omukai & Harold W.
Yorke: “Rapidly Accreting Supergiant Protostars:
Embryos of Supermassive Black Holes?” Astrophys. J. 756 (2012) 93
[59] Kohei Inayoshi, Takashi Hosokawa & Kazuyuki
Omukai: “Pulsational instability of supergiant protostars: do they grow supermassive by accretion?”
Mon. Not. R. Astron. Soc. (2013), in press
[60] Masahiro N. Machida & Takashi Hosokawa: “Evolution of protostellar outflow around low-mass protostar” Mon. Not. R. Astron. Soc. 431 (2013) 1719
[61] Kohji Yoshikawa, Naoki Yoshida, & Masayuki
Umemura: “Direct Integration of the Collisionless
Boltzmann Equation in Six-Dimensional PhaseSpace”, Astrophys. J. 762 (2013) 116
[62] Ikko Shimizu, Naoki Yoshida, & Takashi Okamoto:
“Submillimetre Galaxies in Cosmological Hydrodynamic Simulations” Mon. Not. R. Astron.
Soc. 427 (2012) 2866
1.5. 参考文献
49
[63] Shingo Hirano & Naoki Yoshida: “Radiative Cooling Implementations in Simulations of Primordial
Star Formation”, Astrophys. J. 763 (2013) 52
[80] Hayato Motohashi, “Cosmological consequences of
modified gravity for the primordial and late-time
cosmic acceleration”(博士論文)
[64] Smadar Naoz, Naoki Yoshida, & Nickolay Y.
Gnedin: “Simulations of Early Baryonic Structure
Formation with Stream Velocity II”, Astrophys.
J. 763 (2013) 27
[81] Toshiya Namikawa: “Toward a precise measurement of weak lensing signals through CMB experiments and galaxy imaging surveys: A theoretical
development and its cosmological implications” (博
士論文)
[65] Marco Valdes, Carmelo Evoli, Andrej Mesinger,
Andrea Ferrara & Naoki Yoshida: “The Nature of
Dark Matter from High-Redshift HI 21cm Signal”,
Mon. Not. R. Astron. Soc. 429 (2013) 1705
(国内雑誌)
[66] 須藤 靖 “主役はダーク” 毎日新聞社 本の時間 2012
年 4 月号∼2013 年 3 月号
[67] 須藤 靖 “右下がりの時代をいきのびる”、パリティ
27(2012) 5 月号, pp.52–55.
[68] 須藤 靖 “ハッブルかルメートルか: 宇宙膨張発見史を
めぐる謎”、日本物理学会誌 67 (2012) 5 月号 pp.311–
316.
[69] 須藤 靖 理学エッセイ第 1 回 “朝永振一郎の博士号は
どこから？”、東京大学理学系研究科・理学部ニュー
ス 2012 年 5 月号 44 巻 1 号, p.9.
[82] 中間智弘: “原始ブラックホール形成の精細数値解析”
(修士論文)
[83] 國光太郎: “初期宇宙におけるヒッグス場の凝縮とそ
の宇宙論的帰結」” (修士論文)
[84] Akira Oka: “Modeling Redshift-Space Clustering
of the SDSS Luminous Red Galaxies with Cosmological N-body Simulations: Implications for a Test
of Gravity” (修士論文)
[85] Gen Chiaki: “Supernova Explosions in the Early
Universe” (修士論文)
[86] Teruyuki Hirano: “Measurements of Spin-Orbit
Angles for Transiting Systems: Toward an Understanding of the Migration History of Exoplanets”
(博士論文)
[70] 須藤 靖 “注文の多い雑文 その十九: 宇宙人の見る地
球”、東京大学出版会 UP 476(2012)6 月号, pp.28–
37.
[87] Yuka Fujii: “Exploring the landscape of habitable exoplanets via their disk-integrated colors and
spectra: Indications for future direct imaging observations” (博士論文)
[71] 須藤 靖 “注文の多い雑文 その二十: 対称性の自発的
破れ”、東京大学出版会 UP 479(2012)9 月号, pp.47–
53.
[88] Takuma Kurokawa: “Probing the nature of dark
matter by gravitational lensing observations” (修
士論文)
[72] 須藤 靖 “東大受験生へのメッセージ:物理”、東京大
学新聞 2012 年 9 月 13 日
[89] Yuxin Xue: ”The Formation and Evolution of
Hot-Jupiter: Planet-Planet Scattering Followed by
Tidal Dissipation”（修士論文）
[73] 須藤 靖 “注文の多い雑文 その二十一: 不ケータイと
いう不見識”、東京大学出版会 UP 482(2012)12 月
号, pp.27–36.
[74] 須藤 靖 “注文の多い雑文 その二十二: ０×無限大≠
０”、東京大学出版会 UP 485(2013)3 月号, pp.29–
36.
[75] 須藤 靖 “坪野公夫教授を送る”、東京大学理学系研究
科・理学部ニュース 2013 年 3 月号 44 巻 6 号, p7.
[76] 平野照幸・須藤 靖 “太陽系外複数惑星系における惑
星同士の食の発見”、東京大学理学系研究科・理学部
ニュース 2013 年 3 月号 44 巻 6 号, p12.
[77] 須藤 靖 朝日新聞 asahi.com webronza 科学・環境
論説 2012 年 4 月 6 日、4 月 18 日、5 月 5 日、5 月
26 日、6 月 23 日、7 月 11 日、7 月 16 日、7 月 27
日、9 月 1 日、9 月 13 日、10 月 17 日、10 月 30 日、
11 月 27 日、12 月 13 日、12 月 25 日、2013 年 1 月
23 日、3 月 27 日
[78] 須藤 靖 読売新聞 書評 2013 年 1 月 6 日、1 月 20
日、2 月 3 日、2 月 10 日、2 月 24 日、3 月 3 日、3
月 17 日
[79] 吉田直紀: “宇宙の構造形成”, パリティ, Vol. 27, 10
(学位論文)
[90] Daichi Suto: “Validity of Hydrostatic Equilibrium
in Mass Estimates of Simulated Galaxy Clusters”
(修士論文)
(著書)
[91] 須藤 靖: “主役はダーク”、毎日新聞社 (2013 年 3 月
刊行、293 ページ)
[92] 谷口義明監修: “新天文学事典”, ブルーバックス (2013
年 3 月刊行) (第 7 章 吉田直紀担当）
＜学術講演＞
(国際会議)
招待講演
[93] Takahiro Nishimichi: “Scale Dependence of the
Halo Bias in General Local-Type Non-Gaussian
Models”; WKYC 2012 Conference, (Daejeon, June
2012)
[94] Toshiya Namikawa: “Recent progress and future
prospects of CMB lensing”, 3rd Int. Workshop on
Dark Matter, Dark Energy and Matter-antimatter
Asymmetry, NCTS & LeCosPA, (Taiwan, Dec 29,
2012)
1 初期宇宙進化論
50
[95] Atsushi Taruya: “Precision Power Spectrum Calculations for Large Scale Observations”; 17th Rencontres Itzykson - Heart of Darkness: Dark Energy
and Modified Gravity @ IPhT (Saclay, 6/18-6/20,
2012)
[96] Atsushi Taruya: “Fast power spectrum calculation
from regularized perturbation theory in weakly
nonlinear regime”; WKYC2012 @ KASI (Daejeon,
6/25-6/27, 2012)
[97] Atsushi Taruya: “Precision calculations for cosmological power spectrum in real and redshift spaces”;
The 5th KIAS Workshop on Cosmology and Structure Formation @ KIAS (Soul, 10/29-11/4, 2012)
[98] Atsushi Taruya: “Precision power spectrum calculation for large-scale structure in real and redshift spaces”; KEK-CPGS-AIU2012 (Accelerators
In the Universe 2012) Axion Cosmophysics @ KEK
(Tsukuba, 11/6-11/9, 2012)
[99] Gen Chiaki, Takaya Nozawa, Naoki Yoshida:
“Growth of dust grains in a low-metallicity gas and
its effect on the cloud fragmentation”; invited talk
at INAF, (Rome, May 7, 2012)
[100] Ayuki Kamada: “Structure Formation in Warm
Dark Matter Models”; Workshop Meudon CIAS
2012 WARM DARK MATTER AND GALAXY
FORMATION IN AGREEMENT WITH OBSERVATIONS (CIAS Observatoire de Paris, Chateau
de Meudon, Meudon campus, Jun. 6, 2012)
[108] Naoki Yoshida: “Physics of primordial star formation”; The First Stars IV (Kyoto, Japan, May
2012)
[109] Teruaki Suyama: “Testing the origin of primordial perturbations - use of bi and tri-spectrum”;
RESCEU Symposium on general relativity and
gravitation (JGRG22) (東 京 大 学, 11/12-11/16,
2012)
[110] T. Narikawa: “Testing modified gravity with
cluster lensing”; 3rd International Workshop on
Dark Matter, Dark Energy and Matter-Antimatter
Asymmetry (National Tsing Hua University, Taiwan, December 29, 2012)
一般講演
[111] J. Yokoyama, “Higgs condensation as an unwanted curvaton,” String cosmology workshop,
Makubetsu, 2012/8/7
[112] J. Yokoyama, “Higgs condensation as an unwanted curvaton,” COSMO 2012, KITP, Beijing,
2012/9/13
[113] Atsushi Taruya: “Baryon acoustic oscillations in
2D: Effect of higher-order corrections”; Perturbative approaches to redshift space distortions @ University of Zurich (Zurich, 7/11-7/13, 2012)
[114] Teruaki Suyama: “Metric perturbation from inflationary magnetic field and generic bound on inflation models”; COSMO12 (中国科学アカデミー,
9/16-9/14, 2012)
[101] Teruyuki Hirano, “Measurements of Spin-orbit
Angles for Multiple Systems: Sky-projected and
Line-of-sight”; Exoplanets in Multi-body Systems
in the Kepler Era, (Aspen, USA, 2/9-15, 2013)
[115] Y. Watanabe, “Practical Guide to Compute fN L
outside the Horizon”, Critical Test of Inflation Using Non-Gaussianity, Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Germany, Nov. 2012
[102] Yasushi Suto: “Detection of Far Infrared Emission from SDSS Galaxies in the SFD Galactic
Extinction Map”, and “Summary Talk” at 5th
KIAS workshop on cosmology and structure formation, (KIAS, Seoul, Korea, October 29-November
2, 2012)
[116] Y. Watanabe & F. Bezrukov, “Gravity as the
Origin of the Spontaneous Symmetry Breaking in
the Inflationary Universe”, JGRG22, Resceu Symposium on General Relativity and Gravitation,
Tokyo, Japan, Nov. 2012
[103] Naoki Yoshida: “Physics of primordial star formation”; The physics of star formation (Trieste,
Italy, October 2012)
[104] Naoki Yoshida: “Star formation in a lowmetallicity gas”; The low-metallicity ISM (Goettingen, Germany, October 2012)
[105] Naoki Yoshida: “Three-body chemistry in the
early universe”; The 20th International IUPAP
Conference on Few-Body Problems in Physics
(Fukuoka, Japan, August 2013)
[106] Naoki Yoshida: “Primordial star formation”;
39th COSPAR General Assembly (Mysore, India,
July 2012)
[107] Naoki Yoshida: “Hunting for the first stars”;
GRB in the era of rapid follow-up (Liverpool, UK,
June 2012)
[117] Y. Watanabe & F. Bezrukov, “Consequences of
spontaneous symmetry breaking in an inflationary
universe”, Nishinomiya Yukawa Symposium: New
Waves in Gravity and Cosmology, Kyoto, Japan,
Dec. 2012
[118] Y. Watanabe, T. Suyama & M. Yamaguchi, “Second order entropic transfer and non-Gaussianity in
multi-field inflation”, Nishinomiya Yukawa Symposium: New Waves in Gravity and Cosmology,
Kyoto, Japan, Dec. 2012
[119] S. Kuroyanagi ”Forecast constraints on cosmic
string parameters from gravitational wave direct
detection experiments ”APCTP-IEU Focus Program, Cosmology and Fundamental Physics III
(Asia Pacific Center for Theoretical Physics, Korea, 6/11-6/22, 2012)
[120] S. Kuroyanagi “ Gravitational waves from cosmic strings ”The Marcel Grossman Meeting 2012
(Stockholm University, Sweden, 7/1-7/7, 2012)
1.5. 参考文献
[121] S. Kuroyanagi “ Forecast constraints on cosmic
string parameters from gravitational wave direct
detection experiments ”SKKU Symposium on Astrophysics and Cosmology: from Particle to Universe (Sungkyunkwan University, Korea, 8/30-9/1,
2012)
[122] S. Kuroyanagi “ Forecast constraints on cosmic strings from future CMB, pulsar timing, and
gravitational wave direct detection experiments ”
JGRG22 (University of Tokyo, Japan, 11/1211/16, 2012)
[123] S. Kuroyanagi “ Probing thermal history of the
Universe with CMB experiments and DECIGO ”
The 11th DECIGO workshop (Kyoto University,
Japan, 11/27, 2012)
[124] T. Narikawa: “Testing gravity with galaxy cluster”; RESCEU Symposium on 22th General Relativity and Gravitation (JGRG22) (RESCEU, The
University of Tokyo, November 14, 2012)
[125] T. Narikawa: “Test of modified gravity with cluster lensing”; Nishinomiya Yukawa Symposium New waves in Gravity and and Cosmology (Yukawa
Institute for Theoretical Physics, Kyoto University, December 4-6, 2012, poster)
[126] H. Motohashi and T. Suyama, “Black hole perturbation in modified gravity theories”, Thirteenth
Marcell Grossmann Meeting, Stockholm University, Sweden, Jul. 1- 7, 2012.
[127] H. Motohashi,
A. A. Starobinsky and
J. Yokoyama, “f (R) gravity and eV-mass
sterile neutrinos”, COSMO 2012, Beijing, China,
Sep. 10 - 14, 2012.
[128] H. Motohashi,
A. A. Starobinsky and
J. Yokoyama, “Cosmological constraints on
sterile neutrino mass in f (R) gravity”, The 22nd
Workshop on General Relativity and Gravitation
in Japan, Tokyo University, Tokyo, Japan, Nov.
12 - 16, 2012.
[129] H. Motohashi and A. Nishizawa, “Reheating after
f (R) inflation and gravitational wave production”
(Poster), 1st symposium on ”New development in
astrophysics through multimessenger observations
of gravitational wave sources”, Osaka city University, Osaka, Japan, Mar. 1 - 2, 2013.
[130] Y. Miyamoto, H. Motohashi, T. Suyama and J.
Yokoyama, “The effect of gauge fields on oscillating scalar fields at finite temperature”, The 22nd
Workshop on General Relativity and Gravitation
in Japan, The University of Tokyo, Tokyo, Japan,
Nov. 12 - 16, 2012.
[131] T. Nakama, “Self-consistent initial conditions for
primordial black hole formation,” RESCEU SYMPOSIUM ON GENERAL RELATIVITY AND
GRAVITATION (JGRG22), The University of
Tokyo, Tokyo, Japan, Nov. 12 - 16
51
[132] Taro Kunimitsu, Jun’ichi Yokoyama, “Higgs Condensation in the Inflationary Universe”, RESCEU
symposium on General Relativity and Gravitation
(JGRG 22), RESCEU, University of Tokyo, Japan,
November 12-16, 2012
[133] K. Eda, Y.Itoh, S.Kuroyanagi and J.Silk ”Effect
of Dark Matter Mini-spike around Intermediatemass Black Hole on the Gravitational Waves” The
4th APCosPA Winter School/Workshop, National
Taiwan University, Taipei, 1/21-2/1, 2013
[134] K. Eda, Y.Itoh, S.Kuroyanagi and J.Silk ”Effect
of dark matter halos around IMBHs on gravitational waves”, The 22nd workshop on General Relativity and Gravitation in Japan, University of
Tokyo, Tokyo, 11/12-16, 2012
[135] Takahiro Nishimichi: “Clustering of Biased Tracers in Redshift Space”; Perturbative approaches to
redshift space distortions , (Zurich, July 2012)
[136] Yuka Fujii: “Probing the Humidity of Earthlike Exoplanets”; IAU General Assembly (Beijing,
8/27-8/31, 2012)
[137] Toshiya Namikawa: “Lensing reconstruction from
current CMB data and constraining non-scalar
metric perturbations with lensing curl”, KEKCPWS-AIU2012 (KEK, Nov 9, 2012)
[138] Toshiya Namikawa: “An Improved Method for
CMB Lensing Reconstruction and Its Cosmological Applications”, RESCEU symposium on general
relativity and gravitation: JGRG 22, (Tokyo, Nov
14, 2012)
[139] Masato Shirasaki: “Cosmological test with WL
Minkowski Functionals”; TIFR Winter School and
Symposium on Astronomical Surveys (Mumbai,
India, 12/21, 2012)
[140] Gen Chiaki, Naoki Yoshida, Tetsu Kitayama,
Takaya Nozawa: “The low-mass star formation
triggered by the early supernova explosions”; the
Low-Metallicity ISM (Göttingen, Oct 8–12, 2012)
[141] Teruyuki Hirano: “Measurements of spin-orbit
angles and implications of planetary migration scenarios”; Transiting Planets in the House of the
Sun: A Workshop on M Dwarf Stars and Their
Planets (Maui, USA, 6/3-6, 2012)
[142] Teruyuki Hirano, “Detection and Characterization of Transiting Systems with Smaller Exoplanets”; IAU Symposium 293: Formation, Detection, and Characterization of Extrasolar Habitable
Planets, (北京, 中国, 8/27-31, 2012)
[143] Toshiya Kashiwagi, Kazuhiro Yahata & Yasushi
Suto: “Detection of Far Infrared Emission from
Galaxies and Quasars in the Galactic Extinction
Map by Stacking Analysis”; GCOE International
Symposium on Physical Sciences Frontier (Tokyo,
12/8-9, 2012)
会議集録
1 初期宇宙進化論
52
[144] H. Motohashi, A. A. Starobinsky and J.
Yokoyama, “f (R) Cosmology and Massive Neutrinos”, Proceedings of CosPA 2011, Peking University, Int. J. Mod. Phys. Conf. Ser. 10, 35 (2012).
[162] 平野 照幸: “Measurements of Stellar Inclinations
for Transiting Exoplanets: New Data and New Approach”; 第 8 回「太陽系外惑星大研究会」, (熱海,
4/18, 2012)
[145] J.
Yokoyama,
JGRG22(2012)111200.
[163] 平野 照幸: “高分散分光を用いた惑星探査の現状と
将来計画”; トランジット観測によるスーパーアース
の大気組成と起源の解明, (岡山, 9/26, 2012)
“Opening
address”,
[146] T. Kunimitsu, “Higgs condensation in the inflationary universe”, JGRG22(2012)111211.
[147] S. Kuroyanagi, “Forecast constraints on cosmic strings from future CMB, pulsar timing and
gravitational wave direct detection experiments”,
JGRG22(2012)111212.
[164] 平野 照幸: “太陽系外惑星の観測による惑星系進化の
解明”; 複合的アプローチで探る宇宙の化学進化, (伊
豆高原, 10/27, 2012)
[165] 細川 隆史: ” 初期宇宙での大質量星形成”; 第 25 回
理論懇シンポジウム (つくばエポカル, 12/22, 2012)
[148] T. Nakama, “Self-consistent initial conditions for
primordial black hole”, JGRG22(2012)111214.
[166] 吉田 直紀: “天体宇宙物理分野”; 第 25 回 理論懇
シンポジウム (茨城県エポカルつくば, 12/22, 2012)
[149] Y. Watanabe, “Gravity as the origin of spontaneous symmetry breaking in an inflationary universe”, JGRG22(2012)111216.
[167] 伊藤 洋介: ”Reach of KAGRA in continuous wave
search” (ポスター); 第 25 回理論懇シンポジウム (つ
くばエポカル, 12/22, 2012)
[150] T. Suyama, “Testing the origin of primordial perturbation: Use of bi- and tri-spectrum”,
JGRG22(2012)111303.
一般講演
profiles”,
[168] 横山順一 “ヒッグス場によるインフレーション”
RESCEU summer school, Fukushima, Japan, July
24 - 27, 2012
[152] K. Eda, “Effect of dark matter halos
around
IMBHs
on
gravitaional
waves”,
JGRG22(2012)111347.
[169] 樽家 篤史: “Cosmological studies with SuMIRe”;
「第 12 回 宇宙における時空・物質・構造の進化」研
究会/RESCEU サマースクール (裏磐梯, 7/24-7/27,
2012)
[151] Y. Itoh,
“Stacking
JGRG22(2012)111306.
of
cluster
[153] H. Motohashi,
“Cosmological constraints
on sterile neutrino mass in f (R) gravity”,
JGRG22(2012)111417.
[154] T. Narikawa, “Testing gravity with galaxy cluster”, JGRG22(2012)111418.
[170] 樽家 篤史: “パワースペクトルおよび相関関数にお
ける赤方偏移ゆがみの高次効果”; 天文学会秋の年会
(大分大学, 9/20, 2012)
[155] J. Martin, “The cosmological constant problem”,
JGRG22(2012)111501.
[171] 須山輝明 “Metric perturbation from inflationary
magnetic field and generic bound on inflation models” RESCEU summer school, Fukushima, Japan,
July 24 - 27, 2012
[156] A.
Starobinsky,
“Duration
and
decay
branching ratios of stochastic inflation”,
JGRG22(2012)111604.
[172] Taro Kunimitsu, Jun’ichi Yokoyama, “Higgs
Condensation after Inflation”, RESCEU summer
school, Fukushima, Japan, July 24 - 27, 2012
(国内会議)
[173] T. Narikawa: “Observational Tests of Modified
Gravity Models - Toward Realistic Tests”; 2012
RESCEU Summer School (Fukushima, July 26,
2012)
招待講演
[157] 横山順一 “インフレーション宇宙論” 第 37 回天文・
天体物理若手夏の学校 三国温泉ホテル 2012 年 8
月4日
[158] 横山順一 “宇宙論における理論的未解決問題” HSC
研究会 国立天文台 2012 年 9 月 26 日
[159] 横山順一 “インフレーション宇宙論” RA 研究会
熱海 2013 年 2 月 22 日
[160] 樽家 篤史: “宇宙大規模構造と非ガウス性”; 物理学
会年次大会 (広島大学, 3/27, 2013)
[161] 千秋 元、野沢貴也、吉田直紀: “Low-mass star
formation triggered by early supernova explosions
and growth of dust grains”; (ISAS/JAXA, Dec 25,
2012)
[174] Y. Itoh: “Gravitational lensing of gravitational waves”; 2012 RESCEU Summer School
(Fukushima, July 25, 2012)
[175] 成川達也: “銀河団における重力理論の検証”; 物理
学会 (京産大、9/12, 2012)
[176] 成川達也: “Vainshtein mechanism in cluster lensing”; 観測的宇宙論ワークショップ (RESCEU、東大、
11/28, 2012)
[177] H. Motohashi,
A. A. Starobinsky and
J. Yokoyama, “Sterile neutrino and f (R) gravity”,
RESCEU summer school, Fukushima, Japan, Jul.
24 - 27, 2012.
1.5. 参考文献
[178] Y. Miyamoto, H. Motohashi, T. Suyama and J.
Yokoyama, “The effect of gauge fields on oscillating scalar fields at finite temperature”, グローバル
COE「未来を拓く物理科学結集教育研究拠点」第９
回 RA 自主研究会, 熱海, Feb. 20 - 22, 2013.
[179] A. G. Polnarev、中間 智弘、横山 順一: “漸近展開
による原始ブラックホール形成初期条件の設定”; 日
本物理学会 2012 年秋季大会、京都産業大学、京都、
日本、2012 年 9 月 11 日 - 14 日
[180] 中間 智弘、原田 知広、A. G. Polnarev、横山 順一:
“原始ブラックホール形成の精細数値解析”; 日本物理
学会 2013 年春季大会、広島大学、広島、日本、2013
年 3 月 26 日 - 29 日
[181] T. Nakama, “Self-consistent initial conditions for
primordial black hole formation,” RESCEU サマー
スクール、裏磐梯、福島、日本、2012 年 7 月 24 日 27 日
[182] 國光太郎、横山順一、
「インフレーション宇宙におけ
るヒッグス場の凝縮とその帰結」、日本物理学会 2012
秋季大会、京都産業大学、2012 年 9 月 11 日-14 日
[183] 國光太郎、横山順一、
「インフレーション宇宙におけ
るヒッグス場の凝縮とその帰結」、第 42 回天文・天
体物理若手夏の学校、福井県東尋坊温泉三国観光ホ
テル、2012 年 8 月 1 日-4 日
53
[194] 岡アキラ: “N 体シミュレーションを用いた SDSS
LRG 非等方クラスタリングの再現とロバストな重力
理論の検証”; 天文学会 (埼玉大学, 3/22/2013)
[195] 白崎正人, 吉田直紀, 浜名崇: “cosmic shear データ
解析におけるマスク領域の影響” 日本天文学会 (大分
大学, 9/20, 2012)
[196] 白崎正人: “Cosmological Constraints from Weak
Lensing Minkowski Functionals” すばる HSC サー
ベイによるサイエンス (国立天文台, 9/28, 2012)
[197] 白崎正人: “重力レンズミンコフスキー汎関数を使っ
た宇宙論的テスト” RESCEU 観測的宇宙論ワーク
ショップ (東京大学, 11/29, 2012)
[198] 千秋 元、野沢貴也、吉田直紀: “ダスト成長を考慮し
た低金属量ガス雲の進化”; Grain Formation Workshop (CPS, Nov 28–30, 2012)
[199] 千秋 元、野沢貴也、吉田直紀: “Evolution of lowmetallicity collapsing gas clouds considering the
growth of dust grains”; 星形成ワークショップ (国
立天文台, Dec 10–12, 2012)
[200] 千秋 元、野沢貴也、吉田直紀: “Growth of dust
grains in low-metallicity collapsing clouds”; ALMA
時代の宇宙構造形成理論研究会 (北海道大学, Jan 26–
28, 2013)
[184] 枝和成、「中間質量ブラックホール周囲に存在する
ダークマターハローの重力波への影響」、日本物理学会
2013 年春季大会、広島大学、2013 年 3 月 26 日-29 日
[201] 鎌田 歩樹 : “温かい暗黒物質及び崩壊する荷電重粒
子における銀河ハロー形成”; 日本天文学会秋季大会
(大分大学, 9/20, 2012)
[185] 西道 啓博、樽家 篤史: “Ｎ体シミュレーションによ
るサブハローの赤方偏移歪みの精密測定”; 天文学会,
(大分大学, 9/20, 2012)
[202] 平野 照幸, Guillaume Hébrard, 佐藤 文衛，成田 憲
保，樽家 篤史，須藤 靖: “トランジット惑星系のロシ
ター効果：HARPS 型分光器の場合のモデル化”; 日
本天文学会 2012 年秋季年会, (大分大学, 9/20, 2012)
[186] 西道 啓博: “原始揺らぎの非ガウス性がハローバイ
アスに及ぼす影響”; RESCEU 観測的宇宙論ワーク
ショップ, (東京大学, 11/28, 2012)
[187] 細川 隆史、大向 一行、Harold W. Yorke: “超大
降着率下での原始星形成: supergiant protostar”;
天文学会 (大分大学、9/20, 2012)
[203] 平野 照幸, 成田 憲保, 佐藤 文衛, 高橋 安大, 増田
賢人, 竹田 洋一, 青木 和光, 田村 元秀, 須藤 靖: “ト
ランジット惑星系のロシター効果：HARPS 型分光器
の場合のモデル化”; 日本天文学会 2013 年春季年会,
(埼玉大学, 3/23, 2013)
[188] 藤井 友香: “吸収線の変動で探る地球型惑星の表層環
境”; 天文学会春季年会 (埼玉大学, 3/20-3/24, 2013)
[204] 増田 賢人, 平野 照幸, 樽家 篤史, 長沢 真樹子, 須藤
靖: “KOI-94 系における惑星食の解析”; 日本天文学
会 2013 年春季年会 (埼玉大学, 3/20-3/23, 2013)
[189] 並河 俊弥 、Duncan Hanson、高橋 龍一: “不完
全マップからの CMB の弱い重力レンズの再構築法
の開発”、日本物理学会 2012 年秋季大会 (京都産業大
学、9/14, 2012)
[205] 柏木俊哉、須藤靖：“スタック解析による銀河系減光
地図中の系外銀河起源遠赤外放射の検出”; 日本天文
学会 2012 年秋季年会 (大分大学, 9/19-9/21, 2012)
[190] 並河 俊弥: “CMB の弱い重力レンズ再構築法の開
発と宇宙論への応用”、すばる HSC サーベイによる
サイエンス (国立天文台三鷹キャンパス、9/27, 2012)
[191] 並河 俊弥: “CMB の弱い重力レンズ精密測定に向け
た測定手法の開発と宇宙論への応用”、RESCEU 観
測的宇宙論ワークショップ (東京大学本郷キャンパス、
11/27, 2012)
[192] 並河 俊弥: “CMB の弱い重力レンズ精密測定に向
けた測定手法の開発と宇宙論への応用”、第２５回理
論懇シンポジウム (つくば国際会議場、12/23, 2012)
[193] 岡アキラ: “N 体シミュレーションを用いた SDSS
LRG バイアスモデルの構築”;RESCEU 観測的宇宙
論ワークショップ (東京大学, 11/28/2012)
[206] 柏木俊哉、須藤靖：“SDSS 銀河のスタック解析によ
る遠赤外放射の統計的定量化”; 日本天文学会 2013 年
春季年会 (大分大学, 9/19-9/21, 2013)
[207] 吉 田 直 紀:
“ボ ル ツ マ ン 方 程 式 の 積 分”;
RESCEU/DENET サ マ ー ス ク ー ル (福 島 県 裏
磐梯, 7/24, 2012)
[208] Yuxin Xue: “Numerical study of spin-orbit misalignment and realignment”; 日本天文学会 2013 年
春季年会 (埼玉大学, 3/20-3/23, 2013)
(セミナー)
[209] 横山順一 “Cosmology of the Higgs field” 名古屋
大学 KMI コロキウム 2013 年 1 月 23 日
1 初期宇宙進化論
54
[210] Atsushi Taruya:
“Gravitational-wave backgrounds from ground- and space-based interferometers”; ACP セミナー (カブリ数物連携宇宙研究機構,
5/15, 2012)
[211] 樽家 篤史: “宇宙大規模構造の精密理論計算：現状
と課題”; 宇宙物理学研究室アストロセミナー (広島
大学, 12/21, 2012)
[212] 須山輝明 “On non-Gaussianity of the primordial perturbation” LeCosPA Cosmology Seminar
2013 年 3 月 7 日
[213] 須山輝明 “Origin of the inhomogeneous structure
of the Universe” 国立台湾大学ジョイントコロキウ
ム 2013 年 3 月 19 日
[214] 渡辺悠貴 “非ミニマル結合重力におけるインフレー
ション宇宙と素粒子” 立教大学理論物理学コロキウ
ム 2012 年 9 月 25 日
[215] 渡辺悠貴 “Inflationary Cosmology with Gravitationally Enhanced Friction” 東京理科大学ハドロン
物理セミナー 2012 年 11 月 16 日
[216] T. Narikawa: “Test of Horndeski’s theory and
massive gravity with cluster lensing”; Seminar on
Exchange Visits between JSPS and DFG (Heidelberg University, December 29, 2012)
[217] H. Motohashi, “Inflation and reheating in f (R)
gravity”, Nagoya University, Gravity and Particle
Cosmology Group, Nagoya, Japan, Nov. 2, 2012.
[228] Yuka Fujii: “Exploring the Landscape of Habitable Exoplanets via Their Disk-integrated Colors
and Spectra: Indications for Future Direct Imaging Observations”; American Museum of Natural
History (New York City, USA, Nov 7, 2012)
[229] Yuka Fujii: “Exploring the Landscape of Habitable Exoplanets via Their Disk-integrated Colors
and Spectra: Indications for Future Direct Imaging Observations”; Center for Astrophysics (Cambridge, USA, Nov 19, 2012)
[230] Yuka Fujii: “Exploring the Landscape of Habitable Exoplanets via Their Disk-integrated Colors
and Spectra: Indications for Future Direct Imaging Observations”; Penn State University (State
College, USA, Nov 30, 2012)
[231] Toshiya Namikawa: “Weak lensing of CMB and
cosmic shear as a probe of non-scalar perturbations” Canadian Institute for Theoretical Astrophysics, (Toronto, Canada, Dec 14, 2012)
[232] Toshiya Namikawa: “Toward a precise measurement of weak lensing signals with CMB and
galaxy observations: A theoretical development
and its cosmological implications” McGill University, (Montreal, Canada, Dec 6, 2012)
[233] 並河 俊弥: “CMB の弱い重力レンズを用いた観測
的宇宙論” KEK (筑波, 4/27, 2012)
[218] H. Motohashi, “f (R) gravity and cosmology”,
University of Tokyo, High Energy Physics Theory
Group, Tokyo, Japan, Oct. 15, 2012.
[234] 須藤靖：“ペイル・ブルー・ドットの色を解読する”、
愛媛大学理学部物理学教室セミナー (2012 年 8 月 8
日)
[219] H. Motohashi, “Cosmic evolution in f (R) gravity”, Helsinki University, Helsinki, Finland, Jun.
28, 2012.
[235] 須藤靖：“Deciphering colors of a pale blue dot” 、
宇宙線研究所コロキウム （２０１２年１１月８日）
[220] 伊藤 洋介、“A dipole anisotropy of galaxy distribution: Does the CMB rest frame exist in the local
universe?”、東京大学大学院理学系研究科天文学専攻、
2012 年 5 月 1 日
[221] 伊藤 洋介、“Gravitational wave astronomy from
ground based detectors”、立教大学、2012 年 6 月
19 日
[222] 伊藤 洋介、“重力波データ解析の現状と展望”、東京
大学坪野研究室、2012 年 6 月 20 日
[223] 伊藤 洋介、“Gravitational lensing of gravitational
waves”、宇宙線研究所、2012 年 6 月 26 日
[224] 伊藤 洋介、『重力波データ解析のための統計学初歩
(補講)』、KAGRA データ解析スクール @ RESCEU
2013、2012 年 11 月 3 日∼5 日
[225] 伊藤 洋介、『スペクトル解析ミニ講義』、KAGRA
データ解析スクール @ NAOJ 2013、2013 年 2 月 20
日∼22 日
[226] 西道 啓博: “一般的な局所型非ガウス性を持つ原始
揺らぎの宇宙の大規模構造への影響”; 宇宙物理学理
論グループセミナー, (東京工業大学, 5/15, 2012)
[227] 西道 啓博: “宇宙の大規模構造を巡る最近の理論的
進展”; 宇宙物理学教室理論雑誌会, (京都大学, 12/11,
2012)
[236] 細川 隆史: “初代星の質量降着進化と最終質量”;
(青山学院大学, 11/9, 2012)
[237] Naoki Yoshida:
“Observational Cosmology”
Kavli IPMU Colloquium (Kashiwa, Japan, July 25,
2012)
[238] Naoki Yoshida: “Numerical cosmology for widefield surveys” IoA Colloquium, University of Tokyo
(Mitaka, October 4, 2012)
[239] Naoki Yoshida: “Direct integration of the collisionles Boltzmann equation” Harvard ITC colloquium (Cambridge, USA, February 28, 2013)
(集中講義)
[240] 横山順一 “Introduction to inflationary cosmology”
National Taiwan University 2012 年 1 月 21-22 日
(一般講演)
[241] 横山順一 “宇宙のはじまる前” 大阪市立大学市民
講演会 グランキューブ大阪 2012 年 4 月 7 日
[242] 横山順一 “加速する宇宙” 東京大学理学部公開講演
会 2012 年 4 月 22 日
[243] 横山順一 “宇宙のはじまり” 成蹊高校見学会 2012
年 7 月 10 日
1.5. 参考文献
[244] 横山順一 “たくさんの宇宙” ダライラマ法王と科学
者との対話 ホテル・オークラ 2012 年 11 月 6 日
[245] 横山順一 “重力波で宇宙を見る” 日比谷高校 SSH 講
演会 2013 年 2 月 15 日
[246] 須山輝明 “どんどん広がる宇宙とその仲間たち” ビッ
グバンセンタークリスマス講演会 2012 年 12 月 25 日
[247] 平野 照幸: “トランジット惑星の分光観測と成果”;
アジア総研大冬の学校 (国立天文台三鷹, 12/4, 2012)
[248] 須藤靖：“天文学という文学” 、第 3 回東京大学総合
図書館ブックトーク （2012 年 5 月 24 日）
[249] 須藤靖：“ダークエネルギーの謎にどう挑むか”、講
演会「次世代望遠鏡で見る宇宙」(学術情報センター
一橋講堂、2012 年 10 月 8 日)
[250] 須藤靖：“天文学者という選択：invaluable ¿ valuable”
水戸啓明高校講演 (2012 年 10 月 26 日)
[251] 須藤靖：“ペイル・ブルー・ドットの本当の色”、講
演会「現代科学の最先端」第八回高知工科大学環境理
工学群 (2012 年 11 月 26 日)
[252] 須藤靖：“暗黒宇宙を見て、世界の摂理を知る”、タ
イムドーム明石 講演会、中央区立郷土天文館 (2013
年 3 月 10 日)
[253] 吉田 直紀: “きんかんにっしょく”; 幼稚園児向け講
演会 (柏市松葉幼稚園, 5/19, 2012)
[254] 吉田 直紀: “宇宙が光で満たされるまで”; 七夕講演
会 (多摩六都プラネタリウム, 7/7, 2012)
[255] 吉田 直紀: “宇宙はどこまで分かったのか”; 数理の
翼 夏季セミナー (川崎市青少年の家, 8/7, 2012)
[256] 吉田 直紀: “宇宙は謎で満たされている”; ナガセ 大
学学部研究会 (東京国際フォーラム, 8/21, 2012)
[257] 吉田 直紀: “宇宙はどこまで分かったのか”; 柏市幼稚
園協会研修会 (さわやかちば県民プラザ, 8/24, 2012)
[258] 西道 啓博: “加速宇宙の謎に挑む”; 知の講座 第４
回, (流山市生涯学習センター, 10/21, 2012)
(プレスリリース)
[259] 本橋 隼人, アレクセイ A. スタロビンスキー、横山
順一. “アインシュタインは修正されるか？ – 新種の
ニュートリノの質量でさぐる宇宙の進化 –”, 2013 年
3月4日
55
56
2 銀河と星の共進化
——観測データ解析に基づいた宇宙の創生
進化の理論的研究——（茂山）
「初期宇宙で形成された天体がどのような化学的
力学的進化を遂げてきたのか?」をシミュレーション
によって追跡することにより、
「ヘリウム・リチウム・
ベリリウム・ホウ素などの軽元素および炭素・酸素・
ケイ素・鉄から超ウラン元素に至る重元素が、宇宙
進化のどの段階でどのような天体において合成され
放出されたのか」という宇宙における物質の創成史
を明らかにしていく。
近年の観測技術の進歩により、より遠くの天体、
より暗い天体についての詳細な観測データが大量に
得られるようになってきた。遠くの天体を観測する
ということは宇宙初期の天体を観測していることに
なる。また暗い天体には宇宙初期に生まれて現在ま
で生き残っている我々の銀河ハローに属する古い星
も含まれる。これらの古い星は形成当時の銀河初期
の情報を未だに保持していると考えられる。つまり、
宇宙初期に存在した天体の進化は、現在、近傍に存
在する天体の進化と同様に観測によって検証可能な
科学的な研究対象となってきた。
遠方のクエーサーから発せられる光のスペクトル
には重元素によって作られた吸収線が検出されてい
る。スペクトルの解析から得られる元素組成比と赤
方偏移の関係を理論的に解釈することによって、宇
宙初期における重元素の創成史を探ることができる。
最近では、遠方の超新星が数多く見つかっている。超
新星を 標準光源として仮定することによって宇宙の
幾何学的な性質を導こうという試みもある。この研
究には遠方の超新星と近傍の超新星の性質の差異を
知ることが 重要である。また、遠方の天体として着
目されている γ 線バーストについて、その起源と超
新星の関連について研究している。特に、近年注目さ
れている極超新星と呼ばれる非常に爆発エネルギー
の大きな超新星の爆発モデルを計算し、観測と比較
することでその特徴を明らかにしつつある。極超新
星は非常に大量の重元素を放出するので銀河の化学
進化における役割も究明する必要がある。
近傍の古い星のスペクトルにも重元素によって作
られる吸収線が検出されている。これらの星の中に
は太陽に比べて 400,000 分の１以下の量の重元素し
か持っ ていない星も存在している。このような星に
は我々の銀河で最初に生まれた星が超新星爆発をし
た時の状況さえ推測できる手がかりが含まれている
だろう。
このプロジェクトでは以上のような観測と比較し
うる理論的なモデルの構築を目指している。そのた
めに、宇宙初期に形成されたと考えられるほとんど
重元素を含まないガスから形成された星の進化モデ
ルを構築し、現在超新星爆発を起している星との違
いを研究する。さらに、これらの星がどのように形
成されるのか、超新星爆発を起した後に、重元素が
どのように星間ガスにばらまかれ、次の世代の星に
受け継がれて行くのかを 3 次元数値流体計算によっ
て調べる。軽元素については、超新星爆発時の衝撃
波が星表面を通過する直後の加速を詳しく調べ、そ
の星間空間での輸送過程を解析し、軽元素合成への
寄与を定量的に調べ る。このようにして、宇宙に存
在する元素の創成史を明らかにしていく。このよう
な研究によって得られた知見をもとに銀河よりも大
きなスケールの銀河団中に存在する高温ガスに含ま
れる重元素の起源についても研究する。
2.1
新星
MAXI が発見した特異な新星の理論モデル
小マゼラン雲に出現し、MAXI によって発見され
た MAXI J0158-744 は X 線でおよそ 1,000 秒間輝い
た後、スペクトルを低エネルギー側に移しながら数
日かけて暗くなっていく様子を SWIFT によって観
測された。X 線の強度は 1040 erg s−1 ほどに達し、
白色矮星の Eddington limit を数十倍上回っていた。
通常の新星では可視光で主に光り、その強度は最大
でおおよそ Eddington limit に達する。また、MAXI
が得たスペクトルの中には Ne XI イオンの非常に強
い Kα 線が観測された。この現象を、限界質量に近
い質量を持った白色矮星に通常の新星の 1%以下の
10−9 M⊙ 程度の質量の水素が降り積もり熱核反応が
暴走した結果として解釈する理論モデルを提案した。
東京工業大学研究員の森井幹雄氏 (現理化学研究所
研究員) との共同研究 [17]。
2.2
超新星
衝撃波面でのコンプトン散乱による非熱的放射形成
超新星爆発時に内部で発生した衝撃波が星の表面
を通過する直前にコンプトン散乱によって熱的放射
の光の一部がエネルギーを与えられることで、スペ
クトルが黒体放射からずれ、高エネルギー側にテー
ルが形成される。爆発時の流体力学的なモデルに自
己相似解を用い、輻射輸送をモンテカルロ法で扱う
ことで、この現象を数値計算した。衝撃波の伝播速
度が光速に非常に近いときにも計算できる様にした
[13]。
Ia 型超新星の多様性の起源の研究
Ia 型超新星は明るい標準光源として宇宙論的な研
究にも利用されている。しかし、その明るさの変化
には多様性も見られる。他方、Ia 型超新星を起こす
白色矮星では近年、強い 磁場 (表面で ∼ 109 G) が
見つかってきた。この様々な強さの磁場を持つ白色
2.2. 超新星
矮星を多様性の起源のひとつと考えられないか調べ
ることにした。Ia 型超新星爆発を起こすより重くコ
ンパクトな白色矮星の中心付近ではより強い磁場を
もったものもあることが期待される。そこで、白色矮
星の中心付近で燃え始める核燃焼波の伝播に強い磁
場がどのような影響を与えるかを研究し始めた。磁
場の影響を考慮した電子の熱伝導率を用い、簡単化
した燃焼反応のもと定常燃焼波の構造を数値計算し
伝播速度をその固有値として求めた結果、爆発直前
の白色矮星の中心の密度では 1012 G 以上の磁場があ
ると磁場に垂直な方向には燃焼波が伝播しにくくな
ることがわかった [1]。
Ia 型超新星での伴星の影響と水素の吸収線
Ia 型超新星は連星系中の白色矮星の爆発と考えら
れている。伴星が赤色巨星や主系列星だった場合、そ
の外層の多くの部分は爆発とともに吹き飛ばされる。
そこに含まれる水素が観測されるスペクトルに吸収
線を残す可能性と爆発物質が伴星にぶつかって衝撃
波を発生し観測される向きによっては明るくなる可
能性を 2 次元輻射流体力学計算コードを用いて計算
している [12, 20]。
非常に明るい Ia 型超新星の起源
ここ数年で Ia 型超新星にも非常に明るいものが見
つかって来た。明るさの元になっている放射性元素
56
Ni の質量が Chandrasekhar limit の 1.4 M⊙ を超
えると言われるものまで発見された。これらの超新
星はスペクトル線の幅が狭く、炭素の吸収線が観測
されると言う特徴がある。これらの条件を満たす爆
発モデルとして２つの白色矮星の合体によって爆轟
波を起こして爆発するモデルを考えている。現在は
球対称を仮定して、ある質量の白色矮星に与えられ
た降着率で壊れた白色矮星のガスが振ってくる定常
降着流を初期状態として一次元流体計算により進化
を追って、どのような降着率で爆轟波が発生するか
を調べている。その結果質量降着率が毎秒 0.1 太陽
質量を超えると爆轟派が発生し白色矮星のほとんど
が 56 Ni になることがわかった [18]。 非球対称超新星での爆発的元素合成と矮小銀河の化
学進化
近傍の矮小銀河にある星の分光観測からその組成
が銀河系の星とは異なる特徴を持つことが分かって
きた。一方、ガンマ線バーストは銀河系より 6 桁近
く暗い銀河でもその出現頻度がそんなに下がらない
傾向を示すので、それに付随する超新星での元素合
成が矮小銀河の元素組成に大きな影響を与えた可能
性がある。ガンマ線バーストは非球対称な超新星爆
発を伴い起こると言う仮説に基づき、非球対称爆発
した超新星での爆発的元素合成とその後の星間物質
との混合過程を数値計算して、次世代の星に受け継
57
がれる元素組成を観測と比較しつつ、ガンマ線バー
ストと矮小銀河の関係及び矮小銀河での化学進化モ
デルの構築を目指す。最近、ジェット方向に飛び出
した鉄を多く含んだ物質が銀河の重力圏を突破して
次世代の星に受け継がれない効果を取り入れた化学
進化モデルを提案し、結果を論文にし投稿した。西
オーストラリア大学の戸次氏、国立天文台の辻本氏
との共同研究 [4, 5]。
重力崩壊型超新星での衝撃波表面出現時の光度曲線
を用いた爆発の非球対称性の研究
超新星爆発の流体力学数値計算により、超新星と
して光り始めた直後の明るさの時間変化のしかたと
爆発の非球対称性や視線方向の関係を経験式により
結びつけた研究。水素の外層がある青色超巨星と水
素の外層が失われた Wolf-Rayet 星では衝撃波表面出
現時の明るさの時間変化のしかたが著しく変わるこ
とがわかった [10]。
重力レンズを用いた遠方銀河での超新星残骸観測
天文学教育研究センターの小林尚人氏、濱野哲史
氏らとの共同研究。すばる望遠鏡で観測した重力レ
ンズ天体の複数の視線に沿った吸収線系のデータか
ら、赤方偏移が 3.5 にある超新星爆発によって掃き集
められたガス中にある重元素が背景のクエーサーか
らの放射を吸収したものを見ていると解釈した。こ
の解釈が正しければ、これまでで最遠方にある超新
星の残骸を見つけたことになる [24, 3, 11]。
2.2.1
ガンマ線バースト
ガンマ線バーストジェットの長時間進化
大質量星でのジェット状爆発を 2 次元軸対称を仮定
した特殊相対論的流体力学計算コードを用いて計算
し、星を突き破ったジェットが Lorentz factor 100 を
超えた速度で膨張する際に非常に狭い密度の高い領
域を先端部分に持つことを確認した。その先端部分
は爆発から数日間は断熱自由膨張し、かつ光学的に
厚いことから、その間断熱的に冷却していく。その
部分からの黒体放射を時間積分するとスペクトルは
ベキ乗になることを指摘し、そのベキ指数が観測さ
れた GRB の即時放射のスペクトルの低エネルギー
側の冪指数と一致することがわかった。爆発から数
日間はジェットの黒体放射を受ける観測者にとって
は数秒に対応するので、即時放射として観測される
[6, 19]。
ガンマ線バーストの新しい分類方法と相似則
ガンマ線バーストの即時放射のスペクトルパラメー
タ、赤方偏移、光度曲線のすべてのデー タがそろっ
2 銀河と星の共進化
58
ている GRB のデータを用いて、GRB のピークエネ
ルギー (Ep) と明るさの 相関と光度曲線の一定光度
からのズレという新しい指標を用いた長いガンマ線
バー ストの分類手法についての研究をしている。長
いガンマ線バーストの細分化した分類の１つである
一定光度からのずれが大きい種族ではその残光も含
めた光度曲線に相似則があることを発見し、論文と
して発表した [2, 7, 8, 9, 14, 15, 16, 22, 23]。
＜報文＞
(原著論文)
[1] Kutsuna, M. & Shigeyama, T. “Effects of Magnetic Fields on the Propagation of Nuclear Flames
in Magnetic White Dwarfs”, 2012, Astrophys.
J. 749, article id. 51, 6 pp.
[2] Shigeyama, T., Suzuki, A., & Nakamura, K.
“Early evolution of spherical ejecta expanding
into the circumstellar matter at ultra-relativistic
speeds”, 2012, Publ. Astron. Soc. Japan 64,
No.4, Article No.87, 5 pp.
[3] Satoshi Hamano, Naoto Kobayashi, Sohei
Kondo, Takuji Tsujimoto, Katsuya Okoshi, and
Toshikazu Shigeyama, “Type Ia SUPERNOVA
REMNANT SHELL AT z = 3.5 SEEN IN THE
THREE SIGHTLINES TOWARD THE GRAVITATIONALLY LENSED QSO B1422+231”,
2012 Astrophys. J. 754, Issue 2, article id. 88,
15 pp.
[4] Takuji Tsujimoto & Toshikazu Shigeyama, “Diversity of Type Ia Supernovae Imprinted in
Chemical Abundances”, 2012, Astrophys. J. 760,
Issue 2, article id. L 38, 5 pp.
[5] Bekki, Kenji, Shigeyama, Toshikazu, & Tsujimoto, Takuji, “Feedback effects of aspherical supernova explosions on galaxies”, 2012, Mon. Not.
R. Astron. Soc. 428, Issue 1, p.L31-L35
[6] Akihiro Suzuki & Toshikazu Shigeyama, “Early
Thermal X-Ray Emission from Long Gamma-Ray
Bursts and Their Circumstellar Environments”,
2013, Astrophys. J. 764, Issue 1, article id. L12,
5 pp.
[7] Ryo Tsutsui, Takashi Nakamura, Daisuke Yonetoku, Yoshiyuki Morihara, “Identifying Subclasses of Long Gamma-Ray Bursts with Cumulative Light-Curve Morphology of Prompt Emissions ”, Publ. Astron. Soc. Japan 65, 1(1)-1(11),
(2013).
[8] Ryo Tsutsui, Takashi Nakamura, Daisuke Yonetoku, Yoshiyuki Morihara, “Possible existence
of the Ep-Lp and Ep-Eiso correlations for short
gamma-ray bursts with a factor 5-100 dimmer
than those for long gamma-ray bursts ”, Mon.
Not. R. Astron. Soc. 431, 1398-1404, (2013).
[9] Ryo Tsutsui & Toshikazu Shigeyama, “Universal scaling law in long gamma-ray bursts”, 2013,
Publ. Astron. Soc. Japan 65, No. 3, in press.
(会議抄録)
[10] Suzuki, A. & Shigeyama, T. “Probing explosion geometry of core-collapse supernovae
with light curves of the shock breakout”,
IAU Symposium 279 on DEATH of MASSIVE STARS:SUPERNOVAE & GAMMA-RAY
BURSTS, p. 285-288.
[11] Satoshi Hamano, Naoto Kobayashi, Sohei
Kondo, Takuji Tsujimoto, Katsuya Okoshi, and
Toshikazu Shigeyama, “Type-Ia SNR-Shell at
z=3.5 Seen in the Three Sightlines toward the
Gravitationally Lensed QSO B1422+231”, ASP
Conference Proceedings, Vol. 458. San Francisco,
CA: Astronomical Society of the Pacific, 2012.,
p.129.
(学位論文)
(博士)
[12] 朽名正道; Revealing progenitors of type Ia supernovae from their light curves and spectra
(修士)
[13] 大谷友香理; 超新星における超相対論的な shock
breakout に よる高エネルギー光子の発生
＜学術講演＞
(国際会議)
一般講演
[14] Ryo Tsutsui, Takashi Nakamura, Daisuke Yonetoku, Keitaro Takahashi,“ Are gamma-ray bursts
as precise distance indicators as Type Ia Supernovae? ”, The Thirteenth Marcel Grossmann
Meeting on Recent Developments in Theoretical
and Experimental General Relativity, Gravitation, and Relativistic Field Theory, Stockholm,
Sweden, Jul. 2012.
[15] Ryo Tsutsui, Takashi Nakamura, Daisuke Yonetoku, Keitaro Takahashi, “ Identification of subclasses of long gamma-ray bursts with cumulative
light curve Morphology ”, First Stars IV, Kyoto,
Japan, May, 2012 (ポスター).
招待講演
[16] Ryo Tsutsui,“ Measuring distances with gammaray bursts ”, RESCEU SYMPOSIUM ON GENERAL RELATIVITY AND GRAVITATION
JGRG22, Tokyo, Japan, Nov. 2012.
(国内会議)
一般講演
[17] 茂山俊和, “Nova の光度曲線”, 理化学研究所シンポ
ジウム , 埼玉県和光市、「コンパクト星の多様性と
進化」2013 年 3 月 13 日 (口頭).
2.2. 超新星
[18] 茂山俊和, “Detonation supernova initiated by intense accretion onto white dwarf”, 研究会「新世
紀における銀河宇宙観測の方向」、静岡県賀茂郡河
津町、今井浜東急リゾートホテル、 2012 年 12 月
13 日 (口頭).
日本天文学会 2012 年秋季年会、大分大学 2012/9/19-22
[19] 鈴木昭宏, 茂山俊和,“濃い星周物質中での long GRB
jet のダイナミクスと熱的 X 線放射 ”, 2012 年日本
天文学会秋季年会, 鹿児島大学, 2012 年 9 月 19 日
(口頭), J22a.
[20] 朽名正道, 茂山俊和, “Ia 型超新星の SD シナリオの
スペクトルに見える Hα 線”, 2012 年 9 月 19 日 (口
頭), K11a.
[21] 筒井亮、中村卓史、米徳大輔、高橋慶太郎 “ガンマ
線バーストは Ia 型超新星のように精度のよい標準光
源になりうるか?”, 2012 年 9 月 20 日 (口頭), U22a.
(セミナー)
[22] 筒井 亮、“ガンマ線バーストは Ia 型超新星のように
精度のよい標準光源になりうるか？”、早稲田大学理
論宇宙物理学研究室、 2012 年 6 月 8 日.
[23] 筒井 亮、“ガンマ線バーストは Ia 型超新星のように
精度のよい標準光源になりうるか？”、第 1496 回東
京大学大学院理学系研究科天文学教室談話会、 2012
年 6 月 19 日.
(新聞記者発表)
[24] 濱野哲史、小林尚人、茂山俊和 “120 億光年のかな
たに最遠方の超新星残骸を発見” 2012 年 7 月 17 日.
59
60
3 光赤外線による観測
的宇宙論
——可視光と赤外線による観測的宇宙論—
—（土居・嶋作）
3.1
宇宙及び系外銀河
z = 8.8 Lyα emitters (LAEs) の Lyα 光度関数
への制限
大内正己, 小野宜昭, 東谷千比呂 (宇宙線研究所),
J. Lee (OCIW), 鍛冶澤賢 (愛媛大学) との共同研究.
宇宙再電離は様々な手法を用いて調べられており,
z = 6 から 11 の間に起きたと考えられているが,
いつどのようにして起きたのかは分かっていない.
z = 5 − 7 の Lyα および UV 光度関数を比較する
と, Lyα 光度関数は時代を遡るにつれ減少している
ことから, 銀河間空間の中性度が上昇していること
が示唆されている. 我々は Subaru/MORICS および
Magellan/FourStar で得られたデータを用いて, さ
らに遠方の z = 8.8 における Lyα 光度関数に良い上
限を与えることで, 宇宙再電離の完了時期に迫ろう
としている.
z ≃ 7.3 LAEs の探査
澁谷隆俊, 柏川伸成 (NAOJ), 太田一陽 (京大) ら
との共同研究.
Subaru Deep Field と Subaru/XMM-Newton
Deep Field において, Suprime-Cam に狭帯域フィ
ルター NB1006 を取りつけて z ≃ 7.3 の LAE 探査
を行なった. 4 つの候補を検出し, そのうち 3 つにつ
いて分光観測を行なった結果, 1 つから Lyα に特徴的
な非対称な輝線を検出した. これが Lyα だとすると,
この天体は z = 7.215, L(Lyα) ∼ 1.2 × 1043 erg/s
の LAE ということになる. z ≃ 7.3 での LAE の数
密度は z ≃ 5.7 のおよそ 5% と求まった. z ≃ 7.3 で
のこの減少は, z > 5.7 において IGM の電離度が次
第に低下するという仮説と合う [3].
非常に Lyα 等価幅の大きい銀河を z = 6.5 で発見
柏川伸成 (NAOJ), 長尾透 (京大) らとの共同研究.
Subaru Deep Field に お い て, EW(Lyα) =
436+422
−149 Å という大きな等価幅をもつ LAE (z =
6.538) を発見した. 近赤外分光観測を行なった結果,
pop III 星の指標である He II (λ1640) も, AGN の
指標である CIV (λ1549) も検出できなかった. Lyα
と He II の等価幅 (上限値) に星の種族合成モデル
を適用した結果, この銀河は, 非常に若い年齢 (2–4
Myr 以下) と低い重元素量 (Z < 10−5 ) を持つこと,
および, Z > 10−3 の pop I/II では説明できないこ
とが分かった [1].
z ∼ 6 に原始銀河団を発見
利川潤, 柏川伸成 (NAOJ) らとの共同研究.
最低でも 8 つの分光同定されたメンバー銀河を含
む z ∼ 6 の原始銀河団を Subaru Deep Field で発見
した. この原始銀河団の天球面上の大きさは 6′ × 6′
(共動座標で 14 Mpc ×14 Mpc), 密度超過は 6σ レ
ベルである. メンバー銀河とそれ以外の z ∼ 6 銀河
の性質には有意な違いは見られなかった. 8 つのメ
ンバー銀河からこの銀河団の速度分散を求めたとこ
ろ, 647 ± 124 km/s という, CDM モデルの予想に比
べて非常に大きい値が得られた. この大きな値を説
明するいくつかの仮説を議論した [4].
z = 5.7 原始銀河団および銀河の研究
岡村定矩 (法政大学) らとの共同研究．
Subaru/XMM-Newton Deep Survey (SXDS)
Field で見つかった z = 5.7 の 2 つの原始銀河団
およびその構成銀河の性質を調べた．これらの原始
銀河団は z = 5.7 という遠方宇宙ではサンプル数が
多く，計 36 天体の分光データが取得されてそのうち
20 天体が分光同定された．Subaru/Sprime-Cam の
測光データおよび Subar/FOCAS と Keck/DEIMOS
の可視分光データを主に用いて，原始銀河団内の Lyman α emitters (LAEs) の空間分布や原始銀河団の
物理的性質が得られた．さらに，Lyman α 輝線に非
対称プロファイルフィッティングを行う計算コード
を作成した結果，精確な銀河の空間分布や，原始銀
河団のサイズ，速度分散，質量の上限を求めること
ができた．今後これらの結果と新たなデータを元に
銀河団環境での銀河の進化が解明されていくことが
期待される．
静止系可視スペクトルで明らかとなったライマンア
ルファ輝線銀河の高電離・低重元素量
大内正己, 小野宜昭 (東京大学宇宙線研究所), Janice, C. Lee (STScI) らとの共同研究.
ライマンアルファ輝線銀河 (LAE) は非常に暗
く, その基本的な物理量の理解がまだ進んでいな
い. そこで我々は個々の LAE を詳しく調べる目的
で, Keck/NIRSPEC と Magellan/MMIRS を用いて
z = 2.2 LAE の近赤外分光を行った. その結果, 計
7 つの LAE から有意な Hα 輝線の検出に成功した.
これは LAE の近赤外分光サンプルとしては最大であ
る. 特筆すべきは, 内 2 天体からは [OIII], [OII] 両輝
3.1. 宇宙及び系外銀河
線の検出に個別で初めて成功したことである. これ
により LAE の重元素量と電離度の同時測定が初めて
可能となった. その結果, LAE の [OIII]/[OII] 比が高
く, 連続紫外光で選択された大質量銀河に比べ LAE
が高い電離度・低い重元素量を持っていることが示
された. この結果は、LAE の少なくとも一部は形成
の初期段階にいること, 更には宇宙再電離に必要な
電離光子を効率良く銀河間空間へ供給した源である
可能性を示唆する [9].
Subaru/FMOS による z ∼ 2 小質量星形成銀河の
重元素量と電離度の同時決定
大内正己, 小野宜昭 (東京大学宇宙線研究所), Janice, C. Lee (STScI) らとの共同研究.
我々のこれまでの研究で LAE の高電離・低重元素
量が示唆されたが, そのサンプルはまだ小さい. 我々
はより大きな分光サンプルを構築し, LAE や連続紫
外光で選択された大質量銀河の平均的な重元素量や
電離度を測定する目的で, すばる望遠鏡の新装置で
ある近赤外ファイバー多天体分光器 FMOS を用い
た観測を行っている. FMOS はファイバーを利用す
ることで一度に最大 200 天体の近赤外分光を行うこ
とができるユニークかつ強力な観測装置である. 最
初の観測は 2012 年 12 月に無事に行われた. 現在解
析途中ではあるものの, 既に 50 個以上の z ∼ 2 LAE
から [OIII] 輝線の有意な検出に成功している. 得ら
れた巨大分光サンプルを最大限活用し, 銀河の詳し
い物理量 (重元素量や電離度など) を信頼度高く求め
ていく.
61
Keck/LRIS を用いたライマンアルファ輝線銀河の
静止系紫外深分光観測
大内正己, 小野宜昭 (東京大学宇宙線研究所),
Michael Rauch (Carnegie Observatory) らとの共同
研究.
静止系紫外域に見られるライマンアルファ輝線の形
や吸収線はガスの運動を反映する. LAE の動力学を
良質なサンプルで研究するため, 我々は Keck/LRIS
を用い z = 2.2 LAE の静止系紫外深分光観測を行っ
た. COSMOS 領域と GOODS-N 領域で, それぞれ
10 天体, 14 天体から有意なライマンアルファ輝線の
検出に成功した. 内数天体からは個別に吸収線の検
出も確認できた. これら良質なスペクトルを用いて
LAE のガスの運動を精査する.
静止系 UV-可視スペクトルを用いた z = 2.2 Lyα
emitters (LAEs) のガス運動研究
大内正己, 小野宜昭 (宇宙線研究所), M. Rauch, J.
Lee (OCIW), 岡村定矩 (法政大学) との共同研究.
z = 2.2 LAEs のガス運動について研究を行った.
Subaru/Sprime-Cam によって独自に得られた大規模
な z = 2.2 LAE サンプルのうち, 明るい 4 天体につ
いて, 静止系 UV の分光データと静止系可視域の分
光データを組み合わせることで, なぜ LAEs は Lyα
を強く放射出来るのか調べるとともに, 宇宙再電離研
究へ与える知見を探った. この結果我々は, 銀河内ガ
ス (ISM) の中性水素量が少ないことが Lyα 放射に
おいて重要であることを発見した. さらに, これまで
の宇宙再電離研究は再電離完了時期を遅く見積もっ
ていた可能性があることを示した [8].
VLT/X-shooter を用いたライマンアルファ輝線銀
河の静止系紫外から可視までの同時分光観測
大内正己, 小野宜昭 (東京大学宇宙線研究所), Janice, C. Lee (STScI) らとの共同研究.
遠方銀河の重元素量の推定には, 強い輝線の強度
比が広く用いられている. しかし, 異なる観測装置や
時期に取得された輝線から正確な輝線比を導く事は
困難で, 得られた重元素量にも不定性が伴う. そこで
我々は, ESO の Very Large Telescope (VLT) の Xshooter という分光装置を用い, z = 2.2 の LAE の分
光を行っている. X-shooter は近紫外 (3000Å) から近
赤外 (2.5µm) までのスペクトルを 3 つの arm で同時
に取得できるため, z = 2.2 LAE の Lyα 輝線や静止
系可視の重要な輝線まで高い波長分解能 (R ∼ 5000)
で取得でき, 正確な輝線比から信頼度高く物理量を
求めることができる. 2011 年のキュー観測では割り
当てられた計 30.5 時間の内, 約 8 時間しか行われな
かったため, 追加の観測提案をし, 15 時間の観測が
更に割り当てられた. これら Xshooter で得られた
正確な輝線比は, 我々の FMOS 観測の輝線比の正確
さを検証するのにも重要な働きをする.
z = 2.2 にあるライマン・アルファ輝線銀河のクラス
タリング解析
大内正己, 小野宜昭 (宇宙線研究所) らとの共同
研究.
Subaru/XMM-Newton Deep Survey(SXDS)
Field で見つかった z = 2.2 のライマン・アルファ
輝線銀河 (LAE) の空間的な群れ具合を二点相関関
数で定量化した. 赤方偏移と領域の異なる LAE の
群れ具合, 他銀河種族の群れ具合との比較を行った.
その結果, z = 2.2 の LAE の群れ具合は他のサンプ
ルに比べて非常に弱いという結果を得た. これは定
性的には LAE が属するダークハローの質量が小さ
いことを意味するが, 先行研究の結果と大きく異な
るため, これがコスミックバリアンスによる影響な
のか, コンタミネーションによるクラスタリング強
度の希薄化なのかを他の領域のサンプルを解析・比
較することで慎重に確かめていく. また, LAE の物
理量別のサブサンプルを構成し, 群れ具合の物理量
依存性も確かめ, 遠方低質量銀河の銀河進化にとっ
ての役割を解明していく.
62
重力崩壊型超新星の出現環境の研究
前田啓一 (カブリ IPMU), 有本信雄, 臼田知史
(国立天文台), Greg Aldering (LBNL), Rui Pereira
(CNRS/IN2P3) との共同研究.
近傍銀河に出現した重力崩壊型超新星 27 個につい
て, その出現環境を, UH88 望遠鏡 SNIFS と GeminiNorth 望遠鏡 GMOS の 2 台の可視面分光観測装置
を使って調べた. 面分光によって空間分解の良い可
視スペクトルを得, 超新星が出現場所周辺の星団と
同時に瞬間的に誕生したと仮定をすることで, 親星
の年齢・金属量・初期質量に制限を与えることがで
きた. 超新星の型による差を統計的に調べた結果, Ic
型超新星は親星の質量が最も大きくまた高金属量の
環境にあること, Ib/c 型超新星の親星には連星の場
合もありえること, また, II 型超新星の親星の一部は,
Ib/c 型の親星と同じくらい大質量のものが含まれる
可能性があることを示した [17, 11, 12].
可視光ファブリペロー分光撮像装置の開発
渡邉誠 (北海道大学) との共同研究
近傍銀河の年齢や金属量, 減光量などの星生成史
に関する物理量を空間構造を分解して調べることを
主な目的として, 可視光ファブリペロー分光撮像装
置の開発を行った. 安価な冷凍機 (ツインバード工
業社:SC-TD08) を用いて比較的小型の真空冷却デュ
ワーを設計し, 一週間以上真空を保持して CCD (浜松
ホトニクス社: 完全空乏型 2K×1KCCD) を -110◦ C
に安定冷却可能なカメラを完成させた. また, 光学系
には液晶型エタロン (Scientific Solutions 社: LCFP80-20) と次数選択フィルターを使用し, 液晶型エタ
ロンに電圧を印加することで観測波長を可変するシ
ステムを構築した. 2012 年 10 月に北海道大学ピリ
カ望遠鏡で試験観測を行い, 狭帯域フィルター (Hα,
[SII], [SIII]) を用いた観測により, ほぼ seeing リミッ
トの星像の PSF と設計通りの効率が得られることを
確認した. また, 液晶型エタロンを用いて明るい輝線
天体の Hα, [SII], [SIII] 輝線を観測波長を可変して撮
像観測を行うことに成功した. さらに 2013 年夏の観
測にむけてスリット分光機能の追加を行った [16].
＜報文＞
(原著論文)
[1] Kashikawa, N. et al. (16 authors including Shimasaku, K.) 2012, “A Lyα Emitter with an Extremely Large Rest-frame Equivalent Width of
∼ 900Å at z = 6.5: A Candidate Population IIIdomiApnated Galaxy?”, Astrophys. J., 761, 85–94
[2] Ly, C., Malkan, M. A., Kashikawa, N., Hayashi,
M., Nagao, T., Shimasaku, K., Ota, K., Ross, N.
R. 2012, “The Stellar Population and Star Formation Rates of z ≈ 1.5 − 1.6 [OII]-emitting Galaxies
Selected from Narrowband Emission-line Surveys”,
Astrophys. J., 757, 63–76
3 光赤外線による観測的宇宙論
[3] Shibuya, T., Kashikawa, N., Ota, K., Iye, M.,
Ouchi, M., Furusawa, H., Shimasaku, K., Hattori, T. 2012, “The First Systematic Survey for
Lyα Emitters at z = 7.3 with Red-sensitive
Subaru/Suprime-Cam”, Astrophys. J., 752, 114–
124
[4] Toshikawa, J. et al. (13 authors including Shimasaku, K.) 2012, “Discovery of a Protocluster at
z ∼ 6”, Astrophys. J., 750, 137–148
[5] Ly, C., Malkan, M. A., Kashikawa, N., Ota, K.,
Shimasaku, K., Iye, M., Currie, T. 2012, “Dust
Attenuation and Hα Star Formation Rates of z ∼
0.5 Galaxies”, Astrophys. J., 747, L16–L22
[6] Nakajima, K., Ouchi, M., Shimasaku, K., Ono,
Y., Lee, J.C., Foucaud, S., Ly, C., Dale, D.A.,
Salim, S., Finn, R., Almaini, O., Okamura, S. 2012,
“Average Metallicity and Star Formation Rate of
Lyalpha Emitters Probed by a Triple Narrowband
Survey”, Astrophys. J., 745, 12–30
[7] Ono, Y., Ouchi, M., Mobasher, B., Dickinson, M.,
Penner, K., Shimasaku, K., Weiner, B. J., Kartaltepe, J. S., Nakajima, K., Nayyeri, H., Stern,
D., Kashikawa, N., Spinrad, H. 2012, “Spectroscopic Confirmation of Three z-Dropout Galaxies
at z = 6.844 − 7.213: Demographics of LymanAlpha Emission in z ∼ 7 Galaxies”, Astrophys. J.,
744, 83–95
[8] Hashimoto, T., Ouchi, M., Shimasaku, K., Nakajima, K., Ono, Y., Rauch, M., Lee, J. & Okamura,
S. 2013, “Gas Motion Study of Lyα Emitters at
z ∼ 2 Using FUV and Optical Spectral Lines”,
Astrophys. J., 765, 70–84
[9] Nakajima, K., Ouchi, M., Shimasaku, K.,
Hashimoto, T., Ono, Y., Lee, J. C. 2013, “First
Spectroscopic Evidence for High Ionization State
and Low Oxygen Abundance in Lyα Emitters”,
Astrophys. J., in press.
[10] Gu, L., Gandhi, P., Inada, N., Kawaharada, M.,
Kodama, T., Konami, S., Nakazawa, K., Shimasaku, K., Xu, H., Makishima, K. 2013, “Probing
of the Interactions between the Hot Plasmas and
Galaxies in Clusters from z = 0.1 to 0.9”, Astrophys. J., in press.
[11] Kuncarayakti, H., Doi, M., Aldering, G., Arimoto,
N., Maeda, K., Morokuma, T., Pereira, R., Usuda,
T., and Hashiba, Y. 2013, “Integral field spectroscopy of supernova explosion sites: constraining
mass and metallicity of the progenitors - I. Type
Ib and Ic supernovae”, Astron. J., in press.
[12] Kuncarayakti, H., Doi, M., Aldering, G., Arimoto,
N., Maeda, K., Morokuma, T., Pereira, R., Usuda,
T., and Hashiba, Y. 2013, “Integral field spectroscopy of supernova explosion sites: constraining
mass and metallicity of the progenitors? II. Type
II-P and II-L supernovae”, submitted to Astron.
J..
3.1. 宇宙及び系外銀河
(会議集録)
[13] Doi, M., Suzuki, N., and Supernova Cosmology
Project 2012, “Observational Studies of Type Ia
Supernovae at High and Intermediate redshift”,
Galactic Archaeology: Near-Field Cosmology and
the Formation of the Milky Way. ASP Conference
Proceedings, Vol. 458. San Francisco, CA: Astronomical Society of the Pacific, p.21–25.
[14] Kuncarayakti, H., Doi, M., Aldering, G., Arimoto,
N., Maeda, K., Morokuma, T., Pereira, R., Usuda,
T., and Hashiba, Y. 2012, “Supernova Progenitor
Mass and Metallicity from Integral Field Spectroscopic Study of the Environment”, Galactic Archaeology: Near-Field Cosmology and the Formation of the Milky Way. ASP Conference Proceedings, Vol. 458. San Francisco, CA: Astronomical
Society of the Pacific, p.43–44.
[15] Kuncarayakti, H., Doi, M., Aldering, G., Arimoto,
N., Maeda, K., Morokuma, T., Pereira, R., Usuda,
T., and Hashiba, Y. 2012, “Mass and metallicity
constraints on supernova progenitors derived from
integral field spectroscopy of the environment”,
Death of Massive Stars: Supernovae and GammaRay Bursts, Proceedings of the International Astronomical Union, IAU Symposium, Volume 279,
p. 343–344.
(学位論文)
63
[22] Nakajima, K.: “First Spectroscopic Evidence for
High Ionization State and Low Oxygen Abundance
in Ly-alpha Emitters”, 口頭発表, すばるユーザーズ
ミーティング 2012, 国立天文台, 2013/01/15–17.
[23] 橋本 拓也: 「静止系 UV-可視分光によって分かっ
た Lyα 輝線銀河の観測的性質」, RESCEU 観測
的宇宙論ワークショップ, 東京大学, 東京都文京区,
2012/11/27–29.
[24] 橋本 拓也: 「Lyα 輝線銀河のガス運動と Lyα が強い
理由について」, ALMA 時代の宇宙の構造形成理論:
第 1 世代から第 n 世代へ 兼 2012 年初代星・初代銀
河研究会, 北海道大学, 札幌, 2013/1/26–28.
[25] 橋場 康人: 「可視光ファブリペロー分光撮像装置の
開発」, 可視赤外線観測装置技術ワークショップ, 国
立天文台, 東京, 2012/12/17–18.
[26] 橋場 康人: 「Local star formation histories in
nearby galaxies」, 第 25 回理論懇シンポジウム「計
算宇宙物理学の新展開」, つくば国際会議場, 筑波,
2012/12/22–24.
(学会発表)
日本天文学会 2012 年秋季年会, 大分大学
(2012/09/19–21)
[27] 中島王彦, 大内正己, 嶋作一大, 橋本拓也, 小野宜昭,
J. C. Lee: 静止系可視スペクトルで明らかとなった
LAEs の高電離・低重元素量, X08b.
[16] 橋場康人 “近傍銀河の輝線観測のための可視光ファブ
リぺロー分光撮像装置の開発” (修士論文)
[28] 篠木 新吾, 大内 正己, 嶋作 一大, 小野 宜昭, 岡村 定
矩: SXDF 内の z = 5.7 の形成途中の原始銀河団,
X23c.
[17] Kuncarayakti Hanindyo “An Integral Field Spectroscopic Study of Nearby Supernova Explosion
Sites: Constraints on Progentor mass and Metallicity” (博士論文)
[29] 橋本 拓也, 大内 正己, 嶋作 一大, 中島 王彦 小野 宜昭
(東京大学), Michael Rauch (OCIW): Gas Motion
Statistics of Lyα Emitters at z ∼ 2 Using UV nad
Optical Emission Lines, X09b.
(著書)
[30] Hanindyo Kuncarayakti, 土居守, 諸隈智貴, 橋場康
人, 前田啓一 (東京大学), Greg Aldering (LBNL), 有
本信雄, 臼田知史 (国立天文台), Rui Pereira (IPNL):
SN progenitor mass and metallicity constraints
from IFUspectroscopy, K14b.
[18] 「新・天文学事典」, 嶋作一大 (分担執筆), 講談社ブ
ルーバックス
＜学術講演＞
(国際会議)
招待講演
[19] Shimasaku, K. “The Nature of Lyα Emitters”,
Korea-Japan Collaboration Workshop, Seoul, Korea, 2012/11/15–16.
(国内会議)
一般講演
[20] 嶋作一大: “高赤方偏移銀河”, すばる HSC サーベイ
によるサイエンス, 国立天文台, 2013/9/26.
[21] 嶋作一大: “遠方銀河サイエンスと HSC-Euclid サー
ベイ”, HSC-Euclid 研究会, 国立天文台, 2013/1/10.
[31] 橋場康人, 土居守, 酒向重行, 諸隈智貴, Hanindyo
Kuncarayakti, 小久保充 (東京大学): 可視光ファブ
リ・ペロー分光撮像装置の開発：性能評価, V232b.
日本天文学会 2013 年春季年会, 埼玉大学
(2013/09/20–23)
[32] 橋場康人, 土居守, 酒向重行, 諸隈智貴, Hanindyo
Kuncarayakti, 小久保充 (東京大学), 渡辺誠 (北海道
大学): 可視光ファブリ・ペロー分光撮像装置の開発:
試験観測, V09b.
(その他)
一般講演
[33] 土居 守:「暗黒エネルギーの謎をおいかけて」, d-labo
スルガ銀行ミッドタウン支店, 2012/4/12
64
[34] 土居 守:「広がる宇宙のすがた」, 文京区子供科学カ
レッジ, 2012/6/16
[35] 土居 守:「宇宙の大きな謎にせまる」, 七夕講演会法
政大学小金井キャンパス, 2012/7/7
[36] 土居 守:「広がりゆく宇宙を調べる」, 東大理学部高
校生のための夏休み講座 2012, 2012/7/30
[37] 土居 守:「宇宙の加速膨張の発見」, 駿台天文講座,
2013/2/16
3 光赤外線による観測的宇宙論
65
4 地上サブミリ波観測
台からなる巨大電波干渉計で、日本、北米、欧州に
よる共同建設が進んでいる。2011 年 10 月から部分
運用が始まっており、我々のグループでも初期成果
が出つつある。ALMA は既存装置よりも 2 桁高い感
度と解像度を実現し、星・惑星系形成の理解を一挙
に進展させるであろう。
——サブミリ波で宇宙の構造形成と物質進
化を探る——（山本 (智)・河野・坂井）
テラヘルツ帯観測の開拓
4.1
4.1.1
星・惑星系形成の観測的研究
はじめに
星・惑星系形成
恒星および惑星系の形成は、宇宙における最も基
本的な構造形成過程の１つであり、観測・理論両面か
ら活発な研究が行われている。また、我々の太陽系
の起源、生命の起源に直結するテーマでもある。本
研究室では、星・惑星系形成とそこでの物質進化を、
電波観測（主にミリ波、サブミリ波、テラヘルツ波
観測）によって研究している。
新しい星は、星間ガスが自己重力で収縮して形成
される。星間ガスの集まり（星間雲）の中で最も密
度が高いものが星間分子雲で、新しい恒星と惑星系
が形成される現場である。星間分子雲の主成分は水
素分子であるが、様々な原子・分子も僅かに存在し
ている。これまでの研究で、それらの組成は星間分
子雲の物理進化の歴史を克明に記憶していることが
わかってきた。即ち、微量分子の組成から、現在の
物理状態だけでなく、「過去」を辿ることができる。
本研究室では、このような独創的視点を軸に、星・惑
星系形成過程を多面的に研究している。
なぜ電波か
星間分子雲の温度はおよそ 10 K 程度である。この
「宇宙の中でも最も低温の天体」は、最もエネルギー
の低い電磁波である「電波」のみを放射する。しか
も、電波は光などに比べて星間物質による吸収散乱
を受けにくく、透過力が高い。そのため、星間分子
雲の奥深くで起こる星形成の核心部分を見通すこと
ができる。また、電波領域には原子・分子のスペク
トル線が多数存在し、それらの観測で星間分子雲の
運動や分子組成がわかる。
動き出した ALMA（アルマ）
我々は国内外の大型電波望遠鏡を駆使して、星・惑星
系形成領域の観測を展開しているが、感度、分解能と
もに十分ではない。それを解決するのが ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) であ
る。ALMA は、チリの標高 5000 m のアタカマ高原
に作られる 12 m アンテナ 54 台と 7 m アンテナ 12
テラヘルツ帯は電波と赤外線との中間にあたり、
観測的研究がまだ十分に進んでいない波長域である。
そこには C+ , N+ などの原子スペクトル線の他、CH,
H2 D+ , HD+
2 などの基本的分子のスペクトル線があ
る。それらの観測により、星・惑星系形成における
物質進化の根幹を捉えることができる。世界的には
2009 年に打ち上げられた Herschel 衛星によりテラ
ヘルツ帯観測が進められた。本研究室では、それと
は相補的に、チリに設置されている ASTE 10 m 望
遠鏡による高分解能観測を目指しており、2011 年度
には、これまでに開発してきたテラヘルツ帯受信機
を搭載して試験観測を行った。本研究室は、1998 年
から 2005 年まで、富士山頂に口径 1.2 m のサブミ
リ波望遠鏡を設置、運用した実績がある。この経験
を発展させて、テラヘルツ分子観測を展開していき
たい。
4.1.2
星形成の観測研究
原始星円盤から原始惑星系円盤への物質進化の
理解は、近年急速に進みつつある。その重要な結果
の一つは、低質量星近傍の分子組成が天体ごとに顕
著に違うことがわかった点である。その一つの典型
は、HCOOCH3 などの大型飽和有機分子が原始星
近傍の 100 AU 程度の領域に豊富に見られる天体
で、ホットコリノ天体と呼ばれる（へびつかい座の
IRAS16293-2422 など）。もう一つの典型は、炭素
鎖分子が異常に豊富な天体（おうし座の L1527、お
おかみ座の IRAS15398-3359）で、WCCC（Warm
Carbon-Chain Chemistry）天体と呼ばれる。WCCC
天体では、原始星近傍で CH4 が星間塵から蒸発し、
それが原料となって炭素鎖分子が爆発的に形成され
ている。ホットコリノ天体とは対照的に、WCCC 天
体では大型飽和有機分子は検出されない。このよう
な分子組成の違いの原因は、母体となる分子雲の収
縮時間の違いによると考えられ、星形成研究におい
ても注目され始めている。さらに、分子組成の違い
の惑星系への伝播についても大きな興味がもたれ始
めている。本研究室では、低質量星形領域を中心に、
電波観測による幅広い研究を進めている。
L1527 のラインサーベイ
おうし座の L1527(d = 137 pc) は WCCC を示す
低質量原始星である。我々はその分子組成の全貌を
明らかにするため、野辺山 45 m 望遠鏡を用いてライ
4 地上サブミリ波観測
66
図 4.2: The CCH emission (contours) superposed
図 4.1: A schematic illustration of our goal
ンサーベイ観測を行ってきた。これまでに 79―116
GHz の周波数範囲の観測を完了し、L1527 の化学組
成の全貌を明らかにした。この天体では種々の炭素
鎖分子が豊富に存在することが改めて確認された。
なかでも c-C3 H2 は非常に豊富で、その 13 C 同位体
種を 2 種類とも検出できた。さらに、重水素置換体
c-C3 HD とともに２重水素置換体 c-C3 D2 の検出にも
成功し、c-C3 HD/c-C3 H2 比が 0.07、c-C3 D2 /c-C3 H2
比が 0.002 と求められた。異常な重水素濃縮は起こっ
ておらず、c-C3 H2 が豊富にあるために検出できたも
のと見られる。また、関連分子であるシクロプロぺ
ノン (c-C3 H2 O) も検出できた。この分子はこれまで
銀河中心方向で検出されていたが、近傍分子雲での
検出は初めてである。その検出は、L1527 が新星間
分子の探査の新しい対象天体となり得ることを意味
している。
on the continuum emission (gray scale) observed
toward L1527 with ALMA
Serpens SMM4 のラインサーベイ
Hot Corino の化学組成の全貌を明らかにする目的
で、我々は Hot Corino 天体である Serpens SMM4
のラインサーベイ観測を推進している。2011 年度
の ASTE による 345 GHz の観測に加え、3 mm 帯
での補足観測を野辺山 45 m 電波望遠鏡を用いて実
施した。ASTE 観測で検出した分子に加え、新たに
HC3 N、CH3 CCH、C4 H、HNCO、SiO を検出した。
重水素化物や HCO+ の同位体種のスペクトルの線幅
は、CH3 OH や H2 CO の線幅と比較して狭いなど、
分子による線幅の違いが見られた。一般に線幅が狭
い分子の方が回転温度が低い傾向が見られる。これ
は、存在する領域が分子ごとに違うことを示唆して
いる。
ALMA による L1527 の高分解能観測
ALMA の部分運用 (Cycle 0) で L1527 の観測を
行った。1.2 mm 帯、0.8 mm 帯の分子スペクトル線
の強度分布を 0.7 秒角程度の分解能で調べた。その結
果、CCH, c-C3 H2 などの炭素鎖分子は、原始星から
半径 140 AU 程度のところで最も豊富となり、中心部
分で減少している様子が捉えられた。ドップラー効果
の解析から、これらの分子が回転しながら原始星円
盤に落ち込んでいる様子が明瞭に捉えられた。また、
c-C3 H2 の高励起スペクトル線はそれより内側からも
観測された。このことは、炭素鎖分子が原始星円盤
にまでもたらされていることを意味している。一方、
SO や CH3 OH は原始星円盤のみに存在する。この
ように、原始星円盤の形成に伴って、化学組成が劇
的に変化する様子が捉えられた。CH3 OH のスペク
トル線は非常に微弱であることから、中心部分にお
いてもその存在量は多くないと予想される。WCCC
天体でホットコリノに特有の飽和有機分子が少ない
ことが、原始星近傍においても確認された。
図 4.3: Spectral line survey in the 345 GHz band to-
ward the low-mass protostar, Serpens SMM4, with
ASTE
L1157 B1 における衝撃波化学
2008 年から 2011 年にかけて、野辺山 45 m 電波
望遠鏡を用いて低質量星形成領域 L1157 mm 周辺の
衝撃波領域、L1157 B1 におけるラインサーベイを
行った。そこで検出された分子について柱密度を計
4.1. 星・惑星系形成の観測的研究
算するとともに、他の星形成領域と比較のため、ど
の星形成領域でも多量に存在する CH3 OH を基準に
規格化した存在量比を求めた。その結果、HCOOH、
HCOOCH3 、CH3 CHO などの複雑な有機分子は、低
質量星形成領域である IRAS 16293-2422 では L1157
B1 よりも存在比が高く、大質量星形成領域の Sgr B2
や Orion KL では L1157 B1 と同等程度かより少な
い存在比となる傾向が見られた。一方、SO や SO2 の
ような比較的単純な分子では大質量星形成領域でも
L1157 B1 より存在比が高いものが見られた。L1157
B1 の衝撃波を引き起こした双極分子流の力学的年齢
は 1.8 × 104 yr 程度と見積もられている。HCOOH
や、HCOOCH3 などの複雑な有機分子は、L1157 B1
の双極分子流の力学的年齢内では気相反応で生成で
きないため、以前に星間塵上で生成していたものが
衝撃波によって蒸発し、観測されたと考えられる。一
方、SO などの単純な分子は、星間塵から前駆物質
が蒸発した後、104 yr 程度の時間で、気相中で十分
な量を生成することが可能である。このような生成
過程の違いのため、分子ごとの存在比の違いが現れ
ると考えられる。
低質量星形成領域の重水素濃縮
原始星形成に伴う重水素濃縮の変化を確立する目的
で、低質量原始星形成領域 L1551, IRAS16293-2422
に対して重水素濃縮度分布を調べた。L1551 では原
始星方向で DCO+ の重水素濃縮度が減少している
一方で、DNC の重水素濃縮度は周辺と変わらないこ
とがわかった。同時に観測した N2 H+ と比較するこ
とで、DCO+ の重水素濃縮度に対しては原始星近傍
の高温領域では周囲の低温領域 (エンベロープ) と比
較して重水素濃縮度が有意に減少していること、ま
た、DNC の重水素濃縮度は変化していないことを定
量的に示すことができた。原始星が形成されて温度
が上昇すると重水素濃縮が解消されると考えられる
が、この解消速度がイオンに比べて中性分子が遅い
ためと考えられる。中性分子の重水素濃縮度が原始
星形成直後の状態を保持していれば、その観測を通
して原始星形成直前の物理状態についての知見が得
られることになる。一方，IRAS16293-2422 ではこ
のような明確な差異は見られなかった。それは、周
囲の低温のエンベロープの影響によるものと考えら
れ、その寄与を除くことが星形成に伴う重水素濃縮
度の変化を調べる上で不可欠と考えられる．
星なしコアにおける CH3 OH の起源
CH3 OH は星間分子雲における基本的な有機分子
であり、一般に星間塵上で生成され星形成活動に伴
う温度上昇によって気相中に蒸発してくると考えら
れている。しかし、TMC-1（∼10 K）のような蒸発
温度に達していない低温分子雲においても相当量の
CH3 OH が検出されており、その生成機構について
は未だ議論が続いている。我々は、野辺山 45 m 電波
望遠鏡を用いて TMC-1(CP) の周辺 150 ”四方のマッ
ピング観測を行った。CH3 OH の詳細な分布を調べ
67
たところ、高密度ガスをトレースすると考えられて
いる C34 S と反相関している部分があることを見出し
た。その分布は分子雲全体をトレースする C18 O の
分布とむしろ類似している。低温下での CH3 OH の
脱離機構としては、宇宙線によって生じる紫外線に
よる光脱離の効果が考えられる。その場合、星間塵か
らの脱離量は密度によらず一定となるため、CH3 OH
は空間的に広く分布することが期待され、観測と矛
盾しない。本研究により、低温分子雲においても、星
間塵の化学組成が気相中の化学組成に影響を与えて
いる可能性が改めて確認された。
重水素化分子の精密観測
宇宙における重水素の存在比が D/H ∼ 10−5 であ
るのに対し、低温の星間分子雲中では、重水素は分子
に数%の割合にまで濃縮される。この濃縮度は、星間
分子雲の進化とともに増加していくため、星形成前の
星間分子雲の進化段階の指標としてよく用いられる。
従って、代表的な星間分子雲について、種々の分子の
重水素濃縮度を正確に求めておくことは基本的重要性
を持つ。そのような動機から、野辺山 45 m 電波望遠
鏡に搭載した 70GHz 帯の受信機を用いて、おうし座
の L1527、TMC-1、おおかみ座の IRAS15398-3359、
Lupus-1A、へびつかい座の IRAS16293-2422 に対
し、基本的分子 (HCN, HNC, HCO+ , C2 H, HN+
2)
の重水素化物のスペクトル線の観測を行った。高い
速度分解能で観測をしたことにより、HN13 C, DNC
でスペクトル線の超微細構造を明瞭に分離して観測
できた。この超微細構造を利用し、分子の励起温度
を求めると、両者の励起温度が異なる可能性がある
ことがわかった。その原因はまだ不明だが、重水素
濃縮度の正確な評価において解決すべき課題である。
HCL2 領域における CH の分布
おうし座の Heiles Cloud 2 (HCL2) 領域における
CH スペクトル線（波長 9 cm）の観測を Effelsberg
100 m 望遠鏡を用いて行った。HCL2 領域は炭素鎖
分子が豊富な星なしコア TMC-1 や、WCCC 天体
L1527 を含む分子雲である。そのような特徴的な化
学組成を生じる環境効果を特定するため、HCL2 領
域全体の形成過程に着目して CH の観測を行った。
この領域は、全体としてはリング状の構造をしてい
るが、炭素原子 (C) は南東側に、CO 分子は北西側
に偏って分布している。これは炭素原子から CO 分
子への化学進化に対応しており、北西側から分子雲
形成が進んできていることが指摘されている。本観
測で、CH の分布は、炭素原子と CO 分子の分布を
つなぐように分布していることが確かめられた。CH
は炭素原子から CO を生成する際の中間体なので、
この分布は上記の化学進化の考え方を支持する。さ
らに、CH のスペクトルは線幅の細いコア成分と線
幅の太いエンベロープ成分からなり、分子雲形成に
伴ってエンベロープ成分が消失することもわかった。
このように CH のスペクトル線は、分子雲形成の物
4 地上サブミリ波観測
68
理・化学過程を研究する上で有用なプローブである
ことが示された。
HCL2 領域における OH 吸収線の解析
HCL2 の東にある希薄な星間雲に対して、Effelsberg 100 m 望遠鏡を用いて OH の基底状態遷移の観
測を行った。この遷移は 1612 MHz, 1665 MHz, 1667
MHz, 1720 MHz の 4 本の超微細構造線からなり、そ
れらのうち 1612 MHz の遷移が宇宙背景放射に対す
る吸収線として観測された。吸収線を説明するため、
OH 分子の統計平衡計算を行ったところ、吸収を起
こしている雲の運動温度は 50 K 程度であることが
示された。また、1612 MHz 遷移は 40 K 程度以上で
吸収線、40 K 程度以下で輝線となることがわかり、
良い温度計となり得ることもわかった。一方、HCL2
本体についても 4 点で観測したところ、1612 MHz
遷移のスペクトルはいずれも輝線と吸収線の 2 つの
成分が混在していた。このことは、HCL2 は温かい
ガスと冷たいガスの 2 層構造になっている可能性を
示唆する。
系外銀河の化学組成
巨大分子雲 (GMC) は銀河スケールと個々の星形
成を繋ぐ中間階層であり、その形成と進化が近年注
目を集めている。個々の GMC の環境・履歴とそこで
起こる星形成の規模・形態との関連を確立すること
は、銀河における星形成史を理解する第一歩である。
その手段の１つとして、銀河系内の星形成領域で使
われてきた化学進化の手法がある。GMC の化学組成
は GMC の存在する環境や進化段階に応じて変化す
ると考えられるため、化学組成から GMC の過去の
履歴を推定できる。今後本格的に稼働する ALMA で
は、近傍銀河において CO 以外の様々な分子が容易
に検出されることが期待され、個々の GMC の分子
組成を調べることができる。化学進化の手法とこれ
までの運動学的な視点と組み合わせることで、GMC
の形成・進化に迫りたい。
M51 の渦状腕に対するラインサーベイ
近傍の円盤銀河 M51 の渦状腕に対して、3 mm お
よび 2 mm 帯のラインサーベイ観測を IRAM 30 m
電波望遠鏡を用いて実施した。前年度に観測した位
置 (P1) の南側に隣接する点 (P2) を新たに観測し、
16 輝線、11 種類の分子を検出した。この 2 点の分子
組成を比較したところ、ほとんど違いが見られなかっ
た。一方で、P1 は P2 と比較して星形成率と星形成
効率はそれぞれ 2 倍と 1.5 倍高く星形成活動が活発
である。CS と HNCO から求めた回転温度は 10 K
以下と低温であることから、検出した分子は主に星
形成活動の影響をあまり受けていない分子雲中に存
在していると考えられる。CO に次いで存在量が高
い CH3 OH は星間塵上で生成される分子で、気相で
検出されるためには星間塵から蒸発してこなければ
ならない。P1 と P2 で CH3 OH の存在量に違いがな
いことから、星形成活動が蒸発機構である可能性は
低く、分子雲同士の衝突による衝撃波などの別の機
構が働いていると考えられる。
M83 の棒状構造における化学組成
M83 は銀河系近傍の棒渦巻銀河である。棒状構造
の付随する分子ガスの化学組成を調べるために、野
辺山 45 m 電波望遠鏡を用いて、10 種類の分子につ
いて観測を実施した。観測の結果、HCN、HCO+ 、
CS、CH3 OH、C18 O、13 CO を検出した。非軸対称
な重力ポテンシャルを持つ棒状構造では、内部のガ
スの軌道が円運動から大きく逸脱する。その結果、分
子雲同士の衝突頻度が上昇し衝撃波が卓越すると考
えられており、衝撃波のプローブとなる分子の組成
が高くなると予想される。しかし、M51 の渦状腕と
M83 の棒状構造では衝撃波プローブである CH3 OH
の組成には違いは見られなかった。一方で、CS の組
成は棒状構造で 4 倍高く、M51 の渦状腕との違いも
あることを示唆している。この違いが銀河の個性な
のか銀河の構造の違いによるものか区別するために、
今後は M83 の渦状腕においても同様な観測を計画し
ている。
4.1.3
テラヘルツ帯観測技術の開拓
テラヘルツ帯における観測を行うためには、そこ
で動作する低雑音の周波数混合器（ヘテロダインミ
クサ）の開発が不可欠である。サブミリ波帯におい
ては、SIS ミクサ素子が広く用いられてきた。ジョ
セフソン接合の非線形性を利用したもので、Nb（ニ
オブ）を超伝導物質に用いたものは、750 GHz 以下
では量子雑音に迫る性能を発揮している。しかし、
750 GHz 以上の周波数では、超伝導キャップ間の吸
収による損失が増大するため、急激に性能が低下す
る。そこで、本研究室では、超伝導ホットエレクトロ
ン・ボロメータ（HEB）ミクサ素子の開発を行って
いる。HEB ミクサ素子は電磁波吸収による超伝導状
態の破壊を利用し、受信信号と局部発振信号の「う
なり」
〈中間周波信号〉に伴う電力変化をバイアス電
流の変化として検知するものである。そのためには、
超伝導体をサブミクロンサイズにすること、そして、
素子内に生じた熱電子を「うなり」の周期よりも早
く冷却し、超伝導状態を回復させる必要がある。こ
の冷却メカニズムには、(1) 熱電子の拡散によって電
極に逃がす方法（拡散冷却）と、(2) フォノンとの相
互作用を介して基板に逃がす方法（格子冷却）があ
る。我々は、主に NbTiN や NbN を用いた「格子冷
却型」HEB ミクサ素子の開発研究を進めている。
HEB ミクサのゲインバンド幅測定
我々の製作した HEB ミクサは世界最高の低雑音
を達成している。1.5 THz での受信機雑音温度は 490
4.1. 星・惑星系形成の観測的研究
69
K であり、これは量子雑音の約 7 倍に相当する。しか
し、一方で我々の受信機は中間周波数帯域を 1.0-1.2
GHz と狭い周波数帯に取っており、観測上の制限が
大きく、特に線幅の大きい天体の観測が困難である。
従って、中間周波数帯域の拡張が１つの大きな開発
課題である。そのためには、一般に超伝導マイクロ
ブリッジを 3 nm 程度まで薄くする (格子冷却) 方策
が取られる。しかし、我々の装置では 8 nm 以上の
薄膜化は困難であるため、マイクロブリッジの長さ
を短くして帯域の拡張を図った (拡散冷却)。すると、
予想通り利得帯域はブリッジの長さに依存しており、
HEB ミクサ中の電子温度にも依存していることが示
された (図４)。 また、この測定から得られた NbTiN
薄膜中での電子の拡散係数を用いて電子の冷却タイ
ムスケールを求めると、拡散冷却が格子冷却の約 2
倍の効率で働いていることがわかった。この結果か
ら、現在 0.15 µm であるブリッジ長を 0.1 µm まで
短縮できれば約 3 GHz まで中間周波数帯域を伸ばせ
ることがわかり、それに向けた開発研究が進行中で
ある。
4.5
利得帯域幅 [GHz]
4
L = 0.15 µm
3.5
L = 0.20 µm
3
2.5
大気の窓を一つの受信機でカバーできるようになる
ことを意味している。このような設計の受信機を作
成・運用することにより、効率のよい天体観測が可
能になる。また、将来の ALMA の拡張計画において
も応用できると考えられる。
2012 年度の ASTE 望遠鏡への搭載実験
2011 年度の初めての THz 受信機 ASTE 望遠鏡搭
載実験の成功と課題を踏まえ、次の 2 点で受信機の
改良を行った。第１は局部発振信号の安定化である。
局部発振器は受信機デュワーの側面に光学台を介し
て取り付けられ、信号は準光学的にデュワー内に導
かれているため、デュワー全体の機械的振動の影響
が避けられない。そこで、局部発振器を取り付ける
光学台をより剛性の高いものに変更し、振動による
局部発振信号の強度変化をある程度抑圧した。第２
は完全リモート観測の実現である。2011 年度の受信
機では、光学台やバイアス源の調整が手動であった
ため、局部発振信号の周波数を変更する度に直接望
遠鏡下部の受信機室に入って調整する必要があった。
T 今回、光学台とバイアス電源をリモート対応のも
のに変更し、GPIB 制御で山麓施設からの制御・観
測を可能にした。これらの改良を行い、今年度もこ
の THz 受信機を ASTE 望遠鏡に搭載した。受信機
は予定通り動作し、0.9 THz 帯での R-Sky 測定まで
順調に進んだが、望遠鏡施設のトラブルにより観測
はキャンセルせざるを得なかった。翌年度に科学観
測に再挑戦する計画である。
L = 0.24 µm
2
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
電子温度 [K]
ASTE 用 IF システムの改良
図 4.4: Measured IF bandwidths for different mi-
crobridge lengths of the HEB mixer
ワイドバンド導波管ミクサの設計
我々が開発を進めている THz 帯の電波観測を目指
した導波管型超伝導 HEB ミクサ受信機は、現在、望
遠鏡への搭載・試験観測を行う段階にまで到達してい
る。今後の科学観測における効率化の観点から、受
信周波数帯域の広帯域化を目指した受信機の設計を
行った。超伝導 HEB ミクサ素子は導波管内部にマ
ウントされている。導波管を用いた電磁波とミクサ
素子の結合方式の場合、導波管内の電磁場のモード
の制限から観測周波数帯域は比帯域にして 30 %程度
しか取れないということが一般に言われてきた。し
かし、電磁界シミュレーションを用いて導波管内の
アンテナ・フィルタ回路等の形状を最適化すること
で、比帯域が 60 %近い受信機を設計できることがわ
かった。これはテラヘルツ帯の地上からの電波観測
においては、0.9 THz の大気の窓と 1.3/1.5 THz の
本研究室で開発した THz 帯超伝導 HEB 受信機か
らの中間周波数信号（IF 信号）を ASTE 望遠鏡に
備わっている伝送系統に入力する際、出力信号を増
幅・周波数変換する必要がある。今回、中間周波数を
0.8-1.3 GHz に変えるために、IF システムを改良し
た。フラットな特性や、高地での運用に耐える発熱
対策と操作性の良さに留意し、市販のフィルタ、ア
ンプ、アップコンバータを用いて設計・製作した。実
験室で評価した上で ASTE 望遠鏡に取りつけ、正し
い動作が確認できた。
準光学型 THz 帯 HEB ミクサの開発
ツインスロットアンテナを集積した準光学型の
1.9THz 帯超伝導 NbTiN HEB ミクサ素子の開発を
行った。本年は、高周波電磁界シミュレータ HFSS
を用いてアンテナ構造の微修正/最適化を行った。ま
た、(1) 素子のヒステリシスなどを有する電流・電
圧 (IV) 特性から、製作された細線の構造・状態を予
測・理解するための 1∼２次元モデルや、(2) バイア
ス電圧や局部発振波による励起、インピーダンス整
70
合、細線サイズ、抵抗-温度特性、臨界温度、といっ
た各種パラメータからゲイン特性を再現するモデル
の構築を進めた。これらは HEB 素子の設計や製作
プロセスの再現性の改善、動作点の最適化などに利
用していく。さらに、今回あらたに TEM 撮像を実
施し、HEB 素子の各層の厚みの精度や再現性、超伝
導細線部/電極間におけるエッチング領域の断面・表
面の構造や再付着の状態なども詳しく調べた。この
撮像の結果をもとに、ICP 装置によるエッチングプ
ロセスの条件・環境の見直しを進めた。この研究は
大阪府立大学の前澤裕之氏との共同研究である。
＜受賞＞
[1] 坂井南美、日本天文学会研究奨励賞、日本天文学会、
2013 年 3 月 21 日。
[2] 柴田大輝、Best Poster Award, New Trends in Radio
Astronomy in the ALMA Era: The 30th Anniversary of Nobeyama Radio Observatory, 2012 年 12
月 7 日。
＜報文＞
(原著論文)
[3] N. Sakai, C. Ceccarelli, S. Bottinelli, T. Sakai,
and S. Yamamoto, “ Distribution of CH3 OH in
NGC1333 IRAS4B ”, Astrophys. J. 754, 70 (8
pp)(2012).
[4] N. Sakai, Y. Shirley, T. Sakai, T. Hirota, Y. Watanabe, and S. Yamamoto, “ Tentative Detection of
Deuterated Methane toward the Low-Mass Protostar IRAS 04368+2557 in L1527 ”, Astrophys. J.
758, L4 (4 pp) (2012).
[5] N. Sakai, H. Maezawa, T. Sakai, K.M. Menten, and
S. Yamamoto, “ CH Radio Emission from Heiles
Cloud 2 As a Tracer of Molecular Cloud Evolution
”, Astron. Astrophys. 546, A103 (8 pp) (2012).
[6] T. Yamaguchi, S. Takano, Y. Watanabe, N. Sakai,
T. Sakai, S.-Y. Liu, Y.-N. Su, N. Hirano, S.
Takakuwa, Y. Aikawa, H. Nomura, and S. Yamamoto,“ The 3 mm Spectral Line Survey toward
the Lynds 1157 B1 Shocked Region. I. Data”, Publ.
Astron. Soc. Japan 64, 105 (45 pp) (2012).
(学位論文)
[7] 椎野竜哉、“Development of a Low Noise HEB
Mixer Receiver for Spectroscopic Observations in
the THz Band” （博士論文）
[8] 相馬達也、「テラヘルツ帯超伝導 HEB ミクサ受信機
の超広帯域化」 （修士論文）
[9] 徳留智矢、
「太陽型原始星 L1527 における「暖かい炭
素鎖化学」の探求」（修士論文）
＜学術講演＞
(国際会議)
一般講演
4 地上サブミリ波観測
[10] Y. Watanabe, K. Sorai, N. Sakai, S. Yamamoto,
“Spectral Line Survey toward Spiral Arm in
Nearby Galaxy M51”, Workshop on Interstellar
Matter 2012, Sapporo, Japan, October, 2012.
[11] Y. Watanabe, K. Sorai, N. Sakai, S. Yamamoto,
“Spectral Line Survey toward GMCs in M51”, Astrochemistry in the ALMA era, Copenhagen, Denmark, January, 2013.
[12] T. Shiino, R. Furuya, T. Soma, T. Sakai, Y.
Watanabe, N.Sakai, L. Jiang, O. Ohguchi, H.
Maezawa, T. Yamakura, Y. Irimajiri, and S. Yamamoto, “The 0.9 and 1.3 THz Superconducting HEB Mixer Receiver for the ASTE 10 m
Telescope”, The 23rd International Symposium on
Space Terahertz Technology, C-43, Tokyo, Japan,
4 April 2012.
[13] T. Soma, N. Sakai, Y. Watanabe and S. Yamamoto,“ Abundant CH3OH in the Cold Starless
Core TMC-1 ”, Workshop on Interstellar Matter
2012, Sapporo, Japan, October, 2012.
New Trends in Radio Astronomy in the
ALMA Era:
The 30th Anniversary of
Nobeyama Radio Observatory, Hakone,
Japan, December, 2012
[14] Y. Watanabe, N. Sakai, J. Lindberg, J. Jorgensen,
S. Bisschop, and S. Yamamoto, “The 0.8 mm Spectral Line Survey toward Low-Mass Protostellar
Cores with ASTE”(P056)
[15] T. Shiino, R. Furuya, T. Soma, T. Sakai, Y.
Watanabe, N.Sakai, L. Jiang, O. Ohguchi, H.
Maezawa, T. Yamakura, and S. Yamamoto, “The
0.9 and 1.3 THz Superconducting HEB Mixer Receiver for the ASTE 10 m Telescope” (P101)
[16] T, Yamaguchi, S. Takano, N. Sakai, Y. Watanabe,
S. Yamamoto, and NRO Line Survey Team Members, “ The Shock Chemistry in Low-Mass StarForming Regions ”(P040)
[17] D. Shibata, N. Sakai, Y. Watanabe, T. Hirota,
S. Yamamoto, “Deuterium Fractionation in LowMass Star Forming Regions ” (P059)
[18] T. Soma, N. Sakai, Y. Watanabe, S. Yamamoto,
“ Abundant CH3 OH in the Starless Core TMC-1 ”
(P055)
[19] T. Tokudome, N. Sakai, T. Sakai, S. Takano, S.
Yamamoto and NRO Line Survey Team Members,
“ Nobeyama 45 m Telescope Legacy Project: Line
Survey of L1527 ”(P058)
[20] Y. Nishimura, N. Sakai, Y. Watanabe, T. Sakai,
T. Hirota, S. Yamamoto, “Observations of Deuterated Species toward Low-Mass Prestellar and Protostellar Cores” (P051)
[21] H. Inokuma, N. Sakai, H. Maezawa, K.M. Menten,
and S. Yamamoto, “ Statistical Equilibrium Calculations of OH: Interpretation of the 1612 MHz
Absorption Line in HCL2 ”(P054).
4.2. 大質量銀河と巨大ブラックホールの形成・進化過程の研究
招待講演
4.2
[22] S. Yamamoto, N. Sakai, and Y. Watanabe, “Chemical Diversity in Low-Mass Star Forming Regions”,
Astrochemistry in the ALMA era, Copenhagen,
Denmark, January, 2013.
[23] S. Yamamoto, N. Sakai, and Y. Watanabe “Chemical Diagnostics of the Early Phase of Star Formation”, EPOS2012, Lingberg Castle, Germany, July,
2012.
[24] N. Sakai, “ Chemical Diversity of Low-Mass StarForming Cores: Class 0 to Class I”, New Trends
in Radio Astronomy in the ALMA Era: The
30th Anniversary of Nobeyama Radio Observatory,
Hakone, Japan, December, 2012.
(国内会議)
一般講演
日本天文学会 2011 年秋季年会、大分大学、2012 年 9
月
[25] 山口貴弘、高野秀路、坂井南美、山本智、
「The Shock
Chemistry of the EHV Outflow from L1448C(N)」,
P119a
[26] 柴田大輝，坂井南美，渡邉祥正，廣田朋也，山本智，
「低質量原始星形成に伴う重水素濃縮度変化」，P117a
[27] 徳留智矢、坂井南美、酒井剛、高野秀路、山本智、NRO
ラインサーベイプロジェクトメンバー、
「L1527 にお
けるスペクトル線サーベイ (3)」, P118a
[28] 西村優里、坂井南美、渡邉祥正、酒井剛、廣田朋也、
山本智、「星なしコア TMC-1、Lupus-1A における
重水素濃縮度」、P301c
[29] 猪熊宏士、坂井南美、前澤裕之、Karl Menten、山本
智、
「統計平衡計算による OH 分子の基底状態遷移の
解析」, Q45c
日本天文学会 2012 年春季年会、埼玉大学、2013 年 3
月
71
大 質 量 銀 河 と 巨 大 ブ ラック
ホ ー ル の 形 成・進 化 過 程 の
研究
初期宇宙においては, すばる望遠鏡等の大型光赤
外線望遠鏡の活躍により, 多種多様な, 形成途上の若
い銀河が発見されている. 一方で, 宇宙における星形
成活動のかなりの部分は, ダストに隠されており, 現
在の宇宙から, 過去に遡るについて, その割合は急速
に高まって行き, 赤方偏移 1 付近では, 約 70%程度の
星形成活動が, ダストに隠されているとの見積もり
がある (Takeuchi et al. 2005, A&A, 440, L17). で
は, それより過去の宇宙では, どれほどダストに隠さ
れた星形成活動が存在するのであろうか？それは, ど
のように進化しているのであろうか？
こうした, ダストに隠された星形成活動を検出す
る決定打となるのが, ミリ波・サブミリ波帯の連続
波観測である. 爆発的星形成で放射される強烈な紫外
光を吸収し, 数 10K に熱せられたダストの熱放射は,
約 100µm 付近にピークを持ち, その Rayleigh-Jeans
側にあたるミリ波サブミリ波帯で観測されるダスト
熱放射は, Sν ∝ ν 3∼4 もの強い傾きを持つ. これが,
赤方偏移によって長波長側へシフトしてくるため, 結
果として, この波長帯では, ダスト放射のみかけのフ
ラックスが, 赤方偏移が大きくなってもほとんど変化
しないという特徴を示す (Blain et al. 2002, Physics
Reports, 369, 111). これは, 高赤方偏移になるほど
急速に暗くみえる可視光・赤外線や長波長の電波領
域には見られない, 極めてユニークな性質であり, 本
プロジェクトでは, この性質を最大限に活用したミリ
波サブミリ波帯による深撮像サーベイと, その追及
観測に基づく銀河, 特に, 質量の大きい銀河の形成・
進化の研究, また, そのような銀河の中心核における
活動現象の観測的研究を進めている.
[30] 坂井南美、Yancy Shirley、廣田朋也、酒井剛、山本
智、「Tentative Detection of Deuterated Methane
toward Low-Mass Protostar IRAS 04368*2557 in
L1527」, P14a
4.2.1
[31] 渡邉祥正、坂井南美、徂徠和夫、山本智、「Spectral
Line Survey toward GMCs in M51」、R21a
による 1.1 ミリ波サーベイ
[32] 椎野竜哉、古屋隆太、相馬達也、酒井剛、渡邊祥正、
坂井南美、大口脩、Jiang Ling、前澤裕之、山本智、
「1.5 THz 帯拡散冷却型 NbTiN HEB ミクサの開発」
[33] 相馬達也、坂井南美、渡邉祥正、山本智、
「Abundant
CH3OH in the Cold Starless Core TMC-1」、 P15a
[34] 西村優里、坂井南美、渡邉祥正、酒井剛、廣田朋也、
山本智、「Systematic differences of excitation temperatures between DNC and HN13 C」、P216a
招待講演
[35] 山本智、椎野竜哉、相馬達也、古屋隆太、渡邊祥正、酒
井 剛、西村優里、坂井南美、大口 脩、Ling Jiang、
前澤裕之、「テラヘルツ・ヘテロダインセンシングに
よる星間化学」、日本応用物理学会春季学術講演会、
神奈川工科大学、2013 年 3 月、28p-G10-4
高赤方偏移銀河の観測研究
巨大ライマン α 輝線銀河に対する AzTEC/ASTE
Lyα blob (LAB) は, 高赤方偏移に観測される巨大
な (20–300 kpc) 電離水素ガス雲であり, 大質量銀河
の形成現場と目される一方, 水素ガスの電離源は不
明である. そこで我々は, ASTE 望遠鏡と AzTEC 連
続波カメラを用いて, LAB 内部における星間物質に
隠された星形成活動を探査するため, 赤方偏移 3.1 の
SSA22 原始銀河団内に位置する 35 個の LAB に対す
る 1.1 ミリ波連続波探査を行った. また、Herschel 宇
宙望遠鏡を用いて, 遠赤外線 (250–500 µ m) の撮像
探査も行った. 現存するミリ波サブミリ波・遠赤外線
LAB 探査としては最大である. しかし, 1.1 ミリ波対
応天体同定とスタッキング解析からは, LAB に有意な
検出 (> 3.5σ) は認められなかった (遠赤外線光度の
3σ 上限値 LFIR < 3 × 1012 L⊙ , スタッキング解析で
は LFIR < 4.5 × 1011 L⊙ ). この結果, LAB はサブミ
72
リ波銀河に匹敵する星形成活動 (SFR ∼ 103 M⊙ /yr)
を持たず, 平均的には穏やかな隠された星形成活動
(SFR ≲ 50M⊙ /yr) を持つことがわかった [8].
AzTEC/ASTE に よ る 高 赤 方 偏 移 原 始 銀 河 団
4C23.56 周辺領域における大質量銀河形成に関す
る研究
銀河の種族はその存在する環境に大きく依存する
という統計が知られており (Dressler 1980), 高密度
環境であるほど大質量の銀河形成が多い傾向にある.
中でも現在の宇宙において M ≥ 1012 M⊙ にもなる
ような銀河の多くは銀河団に属する楕円銀河であり,
巨大銀河の形成過程を理解する上で, 初期宇宙にお
ける高密度環境下において特異的な銀河形成の特徴
(爆発的星形成, 星形成の促進など) を探ることが重
要である.
z = 2.48 の電波銀河 4C 23.56 の周囲では, 近赤外
の狭帯域フィルタを用いた広域サーベイにより, Hα
輝線を放つ銀河 (HAEs) が高密度に集まった ‘原始銀
河団’ 領域が見つかっており (HAE clump; Tanaka et
al. 2011), 高赤方偏移の高密度環境における銀河形
成の現場として重要なターゲットであると考えられ
ている. しかし, 静止系可視域にある Hα 輝線であっ
ても, 大量のダストにより可視/近赤外域で強い減光
を受けている可能性があるため, 比較的ダスト量の
少ない星形成銀河しかトレースされず, バイアスを
持つ可能性がある.
我々は, そのようなダストに隠された爆発的星形
成銀河を抽出し, 高密度環境における銀河形成の全
貌を明らかにすることを目指し, 電波銀河 4C 23.56
周囲の原始銀河団領域において, AzTEC カメラを搭
載した ASTE 望遠鏡による 1.1 mm サーベイを行っ
てきた. 多数の 1.1 mm で輝くダストに覆われたス
ターバースト銀河が検出されているが, 特に, Hα 輝線
銀河が密集している領域では, 興味深いことに, Hα
輝線銀河と 1.1mm 選択銀河の顕著な空間的なオー
バーラップが見出された. 但し、AzTEC/ASTE の
1.1mm 観測の空間分解能が ∼ 30′′ であり、Hα 輝線
銀河を含めた可視光赤外線対応天体の同定に問題が
あった.
そこで、Hα 輝線銀河が密集する領域の中で検出
された, 4 つの 1.1mm 選択銀河の性質を, Plateau
de Bure 干渉計 (PdBI) を使って調べた. 観測波長は
1.8mm であり, z = 2.48 の CO(5-4) 輝線が検出でき
るほか, ダスト連続波の分布を高い角度分解能 (4 秒
角程度) で調べることが可能である. PdBI で観測を
行った 4 つの視野 (合計約 0.7 平方分) の中で, 8 個
の連続波源を検出した. このうち, 少なくとも 4 つ
の 1.8mm 連続波源 (PdB 5, 6, 7, 8) は, z = 2.48 の
HAEs に対応していることがわかった. すなわち, こ
れら 4 つの 1.8mm 連続波源は, z = 2.48 の原始銀河
団に物理的に付随する dusty なスターバースト銀河
であることが分かった. これらのうち, PdB 6, 7, 8
は, 4C23.56 電波銀河から約 2Mpc 離れた位置に, 約
300 kpc スケールで密集している. いずれも sBzK 銀
河と同程度に活発な星形成を示す (SFR∼60-150 M⊙
4 地上サブミリ波観測
yr−1 ). PdB7 と 8 は CO(5-4) 輝線も検出された. そ
の相対的な速度差は 1200 km s−1 程度である. この
システムは, 現在の宇宙でコンパクト銀河群に似た
性質を示している. 残る PdB5 は, 単一の dusty な爆
発的星形成銀河である (SFR ∼690 M⊙ yr−1 ).
これら原始銀河団に付随するミリ波選択銀河の進
化段階について, CO 分光観測の結果と文献にある星
質量を用いて議論を行った. 赤外線光度と CO 輝線光
度の比で定義される星形成効率 (SFE) は, CO(5-4) 輝
線が検出された 2 つのミリ波選択銀河 PdB7 と PdB8
いずれにおいても “disk mode” の星形成を行う銀河
での値とよく似ていた (SFE ≡ LFIR /L′CO = 15 − 20
L⊙ (K km s−1 pc2 )−1 ). 一方, CO が検出されなかっ
た残り 2 つの銀河については, > 550 および > 80 L⊙
(K km s−1 pc2 )−1 となり, “starburst mode” 的な星
形成の活動性を示すことが分かった. 次に, バリオ
ン質量 (星質量とガス質量の和) におけるガス質量の
割合 fgas ≡ Mgas /(Mgas + Mstar ) を調べたところ,
PdB7 では 4-40%であったが, PdB8 では 42-93%と
いう非常に高い値となった. すなわち, 後者は gas
rich で大質量銀河の形成途上にあると考えられる一
方, 前者は多くのガスが既に星へ変換された後のシ
ステムであることが示唆される.
以上の結果から、4C 23.56 原始銀河団領域に付随
する SMGs は、一般領域にみられる SMGs と比較
して顕著な密度超過を示す一方で、それらの中では
SFE から見られる星形成の様相は, disk mode に近
いものものと burst mode に近いものがあること、す
なわち、爆発的星形成を起こしているものと静穏的・
継続的なものが混在しているということ、また CO
輝線から組成比を求めた PdB 7 と PdB 8 に見られた
ように、同じ環境下における銀河においてもガスの
割合 fgas がかなり異なるということが分かった. 高
密度環境下に存在する SMGs においても個々の進化
段階や星形成モードには多様性があることが分かっ
た. 高密度環境下において、さまざまな進化段階や
星形成モードの銀河が、HAE clump に見られるよ
うな合体により集められることで、このような多様
性が発現している可能性がある.
以上の結果は鈴木賢太の博士論文としてまとめら
れた. また、ALMA および JVLA による追及観測提
案も採択されており（後者については実施済み）、更
なる進展が期待できる [24, 35, 36, 30].
Subaru Deep Field で発見した最遠方サブミリ波
銀河候補の観測的研究
我々は南米チリのアタカマ砂漠に設置された ASTE
望遠鏡に搭載した波長 1100-µm の連続波カメラ
AzTEC をもちいて Subaru Deep Field (SDF),
Subaru/XMM-Newton Deep Field (SXDF), SSA22,
ADF-S, GOODS-S などを観測し合計 1000 を超える
サブミリ波銀河を検出した. これらの中から波長 0.48-µm の broad band の photometry データを用いて、
報告されている最遠方サブミリ波銀河 (z =5.3) をよ
りも遠い可能性があるサブミリ波銀河の候補を選定し
た. 特に K-band(波長 2.2 µm) と Spitzer 宇宙望遠鏡
4.2. 大質量銀河と巨大ブラックホールの形成・進化過程の研究
の 3.6 µm の photometry のカラーに注目した. z > 5
の dusty starbursts では 4000 Åbreak が波長 2.2-3.6
µm の間に落ちてくるので非常に赤い色を示すこと
が期待されるからである. この手法により SDF で発
見したサブミリ波銀河 SDF1100.001 が最も有力な候
補であることがわかった. SDF1100.001 は 3.6 µm で
は検出されているが、イギリス赤外望遠鏡で得られ
た深い (3σ ∼24AB 等級)Ks-band では検出されてい
ない波長 3.6-8µm の色が赤い赤外の対応天体候補を
もっている. より正確な赤方偏移の推定を行うため
にすばる望遠鏡に搭載されている近赤外撮像分光装
置 IRCS と AO188 をもちいて深い K ′ -band の観測
を行った. また米国サブミリ波干渉計 (SMA) をもち
いて波長 1300µm の高空間分解能サブミリ波撮像を
行い, 先の２つの対応天体候補の両方がサブミリ波
で明るい銀河 (サブミリ波銀河) であることがわかっ
た. これらの観測, 解析から SDF1100.001 は赤方偏
移 5.8 付近に存在する同じダークマターハローに存
在するサブミリ波銀河である可能性が高いことが判
明した. より詳細な観測を行うために ALMA cycle
1 に波長 450, 880, 1100 µm での深い連続波観測を
提案し, 採択された [37].
原始銀河団領域 SSA22 におけるサブミリ波銀河と
超巨大ブラックホールの成長、および、大規模構造
73
エネルギー源としているのに対して, 後者は大質量
ブラックホールへの降着現象に伴う重力エネルギー
の解放 (活動銀河核) をその源としている. 近傍銀河
の遠赤外線観測から, 爆発的星形成活動を伴う銀河
衝突現象がブラックホール降着率を増加させる可能
性が指摘されており, これが, 銀河のバルジとブラッ
クホールの質量の強い相関 (共進化) を説明するシナ
リオとして有力である. このことから, 銀河衝突が
促進される原始銀河団において高赤方偏移のクエー
サーの発現とサブミリ波銀河の爆発的星形成活動に
強い物理的関係が期待される一方, この進化段階の
活動銀河核は塵やガスに覆われて観測が非常に難し
かった. このような背景のもと, 梅畑らは SSA22 原
始銀河団に対し, ASTE 望遠鏡に搭載された AzTEC
ミリ波カメラを用いてサブミリ波銀河探査を行った.
この結果と Chandra X 線望遠鏡による深い撮像デー
タを照会したところ, 原始銀河団メンバーに同定さ
れた 3 つのサブミリ波銀河それぞれに X 線源の存在
を特定した. X 線スペクトルから水素柱密度と固有
X 線光度を推定したところ, これらはクエーサーと
同等の X 線光度 (LX ∼ 1044 erg/s), ないしブラッ
クホール質量 (108 L⊙ ) を持ち, うち 2 つはコンプト
ン厚に迫る大量の水素ガスに埋もれていることがわ
かった. このことは, これらのサブミリ波銀河の中心
で巨大ブラックホールが成長しているまさにその最
中であり, クエーサーへ進化する直前の段階にある
ことを示唆する [34, 30].
の関係
現在の宇宙に存在する恒星質量の半分が赤方偏移
2–3 までに形成されたと考えられており, この時代に
おける宇宙全体の星形成活動の大きい割合を占める
サブミリ波銀河の形成要因を解明することはきわめ
て重要である. その重要な成因と目される銀河の衝
突現象は, 原始銀河団のような銀河の高密度環境で促
進されると期待される. このような背景のもと, 赤方
偏移 3.1 に位置する SSA22 原始銀河団に対し, ASTE
望遠鏡に搭載された AzTEC カメラを用いてサブミ
リ波銀河探査を行った. この結果, 100 個を超えるサ
ブミリ波銀河を検出した. 統計的手法を応用した赤
外線・センチ波対応天体の同定, および測光的赤方偏
移の推定を行った結果, サブミリ波銀河のうち少な
くとも 10 個が SSA22 原始銀河団メンバーと同定さ
れた. さらに SSA22 原始銀河団を構成するライマン
α 輝線天体とサブミリ波銀河の 2 点角度相関関数は
両者の強い空間相関を示し, またサブミリ波銀河の
体積密度が一般領域に比して数桁高いことがわかっ
た さらに, 最近のすばる望遠鏡の観測から発見され
たライマン連続光銀河が原始銀河団の周囲に分布し,
サブミリ波銀河の分布と空間的な反相関を持つこと
もわかった. サブミリ波銀河とライマン連続光銀河
は, それぞれ, 塵を大量に持った極めて強い星形成を
行う大質量銀河と低い金属量をもた極めて若い小質
量銀河であり, 銀河種族の対局をなす. したがって,
本研究で示された結果は, 原始銀河団のなかでも特
に高密度の環境で選択的に大質量銀河が形成・進化
するという, 銀河進化の環境依存性を強く示唆する.
宇宙で最も明るい天体種族にサブミリ波銀河とク
エーサーがある. 前者が爆発的な大質量形成活動を
波長 1.1mm で検出されたサブミリ波銀河の銀河計数
ミリ波サブミリ波帯で検出される銀河のソースカ
ウント (銀河計数) は、赤外線で明るい銀河の進化に
ついて重要な情報をもたらす. 我々は、AzTEC カメ
ラによって波長 1.1mm で観測した 6 つのブランク・
フィールドの深い撮像探査 (広さは合計 1.6 平方度、
その深さは 1σ = 0.4 – 1.7 mJy; 表 1) から得られた
全データを用いて、波長 1.1mm でのフラックスが 1
mJy から 12mJy の範囲における銀河計数の、最も強
い制限を得た. AzTEC を用いた銀河団領域での観測
データも併せることで、波長 1.1mm でのフラックス
が 20 mJy の範囲までの銀河計数についても制限を
得た. この結果、フラックスの小さい側で示唆される
指数関数的な銀河計数の減少傾向に対して、13mJy
付近では顕著な銀河計数の増大が見られることが分
かった. これは、South Pole Telescope で報告され
た、20mJy を越えるフラックスを示す「極めて明る
い銀河」の銀河計数の値となめらかにつながってい
た. この銀河計数の「超過」は、強い重力レンズ効
果によるものと考えられる.
得られた銀河計数を、いくつかの準解析的銀河形成
モデルや現象論的モデルと比較したところ、約 4mJy
よりも明るい銀河については、観測とモデルがよく
一致していることが分かった. 一方、それより暗い
銀河については、3σ 以上の有意性でモデルとの差異
が認められ、特に約 2mJy よりも暗いフラックス領
域で観測された、
「規格化した銀河計数」の折れ曲が
りを再現するモデルは存在しなかった. これらの結
果は、低光度の銀河についての既存の銀河進化モデ
4 地上サブミリ波観測
74
ルへの見直しを迫るものである. あるいは、現在の
宇宙における微弱な明るさの銀河のスペクトルエネ
ルギー分布への我々の理解がまだ不充分であること
を示している可能性もある [19].
GOODS-S 領域において AzTEC/ASTE 観測に
より発見されたサブミリ波銀河の赤方偏移分布
AzTEC カメラを ASTE に搭載し、さまざまな波
長での深い撮像探査が行われている GOODS-S 領域
の 1.1mm 観測を行い、48 個のサブミリ波銀河が検
出された. 多波長データを駆使して、その他波長対応
天体を同定し、測光赤方偏移を調べたところ、同定
されたサブミリ波銀河の 80%が赤方偏移 2 より初期
の宇宙にあることがわかった. また、30%の同定され
たサブミリ波銀河は、赤方偏移 3.3 より彼方にあり、
サブミリ波銀河の赤方偏移分布において議論となっ
ている、いわゆる “high redshift tail” の存在を強く
示すものとなっている. これらの結果は、860µm 帯
でのサーベイで検出されたサブミリ波銀河の赤方偏
移分布よりも、波長 1.1mm 帯で探索された天体の赤
方偏移分布は、有意に遠方側にシフトしていること
を意味する. 波長 1.1mm 帯での深宇宙探査の意義を
示すとともに、初期宇宙に、これまで知られていな
かったダストに深く埋もれた爆発的星形成銀河がま
だ多数存在する可能性を示唆するものである [22].
野辺山 45m 鏡望遠鏡と新受信機システムを用いた,
明るい遠方銀河からの分子輝線観測の初期成果
野辺山 45m 望遠鏡に新たに開発・搭載された
広帯域分光観測システムを用いて, 高赤方偏移銀
河の CO 輝線探査観測を行い, その初期成果とし
て, 3 つの新検出 (z=1.6-3.4 にあるサブミリ波銀河,
Orochi/HXMM02, SDP9, SDP17), 一つの tentative
detection(SDSS J160705+533558), および 1 個の
non-detection (COSMOS-AzTEC1) を得た. 32GHz
という広い instanteneous bandwith を持つ新観測シ
ステムにより, 明るいサブミリ波選択の銀河の赤方
偏移を, 事前の赤方偏移情報に頼ることなく, 決定し
ていくことができると期待される [16].
4.2.2
ガンマ線バースト母銀河におけるダ
ストに隠された星形成と星間物質の
観測的研究
long duration のガンマ線バースト（以下、単に
GRB と呼ぶ）は、大質量星の終末に関係しており、
極めて明るく、初期宇宙にまで存在することが明ら
かになりつつあるため、GRB をプローブとして宇
宙における星形成史を探ることが可能であると期待
されている. 一方で、ガンマ線バースト発生率から
その時代での星形成率へ換算する上で、GRB 母銀河
が、どのような性質の銀河であり、各時代の星形成
率においてどのような割合を占めているのか、ほと
んどわかっていない. 初期の GRB 母銀河の観測で
は、非常に多量のダストを持ち、超高光度赤外線銀河
（ULIRGs）的な性質を持つものもあるとの報告があ
る一方、GRB 母銀河は低金属量の天体に偏っている
との指摘もある. こうした状況を踏まえ、GRB 母銀
河に、どの程度のダストや分子ガスが存在し、隠さ
れた星形成が存在しているのか、を調べるため、ミ
リ波サブミリ波およびセンチ波を用いた、多角的な
研究を行っている.
ATCA 電波干渉計を用いた GRB 母銀河における
ダストに隠された星形成への制限
4 つのガンマ線バースト (GRB) 母銀河, GRB
990705, 021211, 041006, 051022 において, Australia
Telescope Compact Array (ATCA) 干渉計を使い, 波
長 16cm の電波強度を調べる観測を行った. いずれの
銀河からも電波放射は検出されなかった. 星形成銀河
における遠赤外線-電波放射の相関を用いて, 得られ
た電波強度の 2σ 上限値から, 母銀河における星形成
率の上限値を見積もったところ, 20-50 M⊙ yr−1 以
下となった. UV/可視域の輝線等により得られてい
る星形成率と比較したところ, これらの GRB 母銀河
では, ダストに隠された星形成が大量に (UV/可視域
で見積もられた星形成率の 10 倍以上) 存在する可能
性は否定された. 観測天体のうち 2 つは dark burst
であり, それらにおいてもダストに深く隠された星形
成の存在が否定されたことから, dark burst が形成
される理由として, optical afterglow が intrinsic に
暗い可能性が示唆される [20].
4.2.3
ミリ波サブミリ波帯分光観測に基づ
く銀河の活動性の研究
野辺山 45m 鏡や ASTE10m サブミリ波望遠鏡に,
ALMA のデジタル相関器技術を用いた広帯域デジタ
ル分光システムを搭載し, これによる, さまざまな銀
河, 特に活動的な銀河における, スペクトル線観測を
行っている.
これにより, 天の川銀河の中には存在し得ない, 極
めて活動性の高い領域・異なる活動性の領域におい
て, どのような物理化学過程が発現しているのか, を
系統的に調べることができる. さらに, 活動銀河核に
特徴的で, エネルギー源診断の「マーカー」となり得
るスペクトル線やスペクトル線の組み合わせを見出
すことも重要な目標の一つである.
いよいよ初期科学運用を開始した ALMA による
高感度高分解能観測へとつなげ, スペクトル線によ
るエネルギー源診断を高赤方偏移銀河, 特に, サブミ
リ波銀河の中心核に適用することを目指す.
サブミリ波銀河は, 膨大なダストに覆われており,
その中心核は, 可視光・赤外線はおろか, しばしば硬 X
線ですら見通すことができない（Compton-thick）.
4.2. 大質量銀河と巨大ブラックホールの形成・進化過程の研究
ダスト減光の影響がほとんどないミリ波サブミリ波
帯の分光観測は, ダストに深く埋もれた銀河核のエ
ネルギー源診断を行い, 成長中の巨大ブラックホール
の存在を紐解くための有望な手段となる筈である.
この他、ミリ波サブミリ波帯の分子輝線の分光観
測に基づき、銀河における星形成の進化を探る観測
的研究も行っている. これら近傍銀河で得られる知
見は、空間的に分解して調べることが容易でない高
赤方偏移銀河での星形成とそこでの物理・素過程を
解明していく上での重要な手掛かりとなる.
ALMA で探る 1 型セイファート銀河 NGC 1097
の中心 100pc 領域の高密度ガスの物理的・化学的
状態
近傍にある活動銀河核 NGC 1097 の中心領域に
存在する高密度分子ガスを、部分運用の始まった
ALMA を用いて、約 100pc 分解能で分光撮像観測
により調べた（PI: K. Kohno, プロジェクト番号
2011.0.00108.S）. この銀河は、中心に低光度活動
銀河核を持ち、その周囲には、活発な starburst ring
を伴う. この中心の活動銀河核と、周囲をとりまく
爆発的星形成領域とを空間的に分解し、それぞれの
活動領域において、特徴的にみえる高密度分子輝線
は何か、を明らかにすることがも狙いである. 特に、
シアン化水素（HCN）やホルミルイオン（HCO+ ）
の J=1–0 遷移輝線は、過去の我々の観測により、こ
の銀河の中心付近で強く検出されており、活動銀河
核からの何らかの影響（強い硬 X 線の影響、もしく
は AGN jet の存在によるショックの注入と、それに
伴う力学的エネルギーの散逸加熱）が示唆されてい
るが、励起状態に起因するのか、あるいは実際にあ
る分子の存在量が上昇しているのか、明確に切り分
けられていなかった.
最初に観測が実施され, データが到着した 350GHz
帯 (Band7) の観測結果から, NGC 1097 中心の AGN
付近では, HCN (J = 4–3) の HCO+ (J = 4–3) に
対する輝線強度比が高いことが明らかになった. 代
表的な近傍 AGN 銀河の NGC 1068 でも同様の高い
強度比が見られる一方, NGC 253 や M 82 といった
近傍の SB 銀河ではこのような比は見られなかった.
この, AGN 銀河と SB 銀河間で強度比が異なること
は, ミリ波帯の J = 1–0 の低励起輝線でも報告され
ている. このように, AGN 銀河で HCN/HCO+ 輝
線強度比が高くなる原因を探るため, 我々は ALMA
で得た J = 4–3, 1–0 輝線に加えて, Ssubmillimeter
Array (SMA) で得た J = 3–2 輝線も用いた複数遷
移輝線解析を行なった. その結果, HCN の分子存在
量が HCO+ より有意に増加していること, また, そ
の存在量比は AGN 銀河の方が SB 銀河よりも高い
ことが示唆された. さらに, 非局所熱平衡条件下での
分子モデル解析より, これらの輝線の放射領域は, 確
かに高密度（104.25 < nH2 [cm−3 ] < 106 ）で, かつ
高温状態（70 < Tkin [K] < 450）にあることが示唆
された. また, こうした結果は, Harada et al. 2010
のような星間物質高温相の化学モデルで説明できる
ことも示した. この研究を発展させることで, AGN
75
や SB 銀河に特徴的な輝線放射を発見・確立し, それ
を用いて近傍から遠方宇宙にいたる様々な天体で熱
源を診断し, それらが母銀河に与えた影響を調べら
れると期待できる [1, 26, 27, 30, 38].
また, HCN(4-3) 輝線でトレースされる高密度ガス
の力学的性質を詳しく調べ, モデルとの比較により,
高密度ガスが幾何学的に薄い (h/R ≤ 10−3 ) 回転円盤
を為していること, また, 半径 40pc での mass inflow
rate が ∼0.09 M⊙ yr−1 の spiral inflow model と整
合することを示した [2].
これらの結果は, ALMA を使ったサブミリ波分子
輝線観測により, ダストに隠された銀河のエネルギー
源診断に新しい道を開くばかりでなく, 巨大ブラック
ホール形成過程について, 高密度分子ガスの観測が
理論予測と直接比較が可能な段階にいよいよ進んだ
ことを示している [56].
SMA 干渉計を使った活動銀河 NGC 1097 の中心
領域における HCN(3-2) および HCO+ (3-2) 輝線
イメージング観測
活動銀河 NGC 1097 の中心領域を, Submillimeter
Array(SMA) により HCN(3-2) および HCO+ (3-2) 輝
線によりイメージング観測を行った. どちらの輝線
も, circumnuclear starburst ring より中心核のほう
がより明るかった. 一方, HCN/HCO+ 輝線強度比
は, starburst ring では約 1 であったが, 中心核では
約 2 という高い値を示していた. starburst ring で
は, HCN 輝線も HCO+ 輝線も MIPS 24µm 輝線の
放射とよく相関しており, これらの輝線が星形成を
トレースしていることを示唆する. 一方, 中心核では
HCN 輝線が顕著に明るくなっており, 星形成以外の
熱源 (すなわち活動銀河核など) の存在が示唆される.
X-ray ionization chemistry による HCN 分子存在量
の増加過程で観測を説明できることが分かった [21].
スターバースト銀河 NGC 3628 における分子アウ
トフローの発見
近傍のスターバースト銀河 NGC 3628 の, 野辺山
ミリ波干渉計を使った非常に深い CO 分子輝線イメー
ジングにより, スターバースト領域から噴出する分
子アウトフローを発見した. 分子アウトフローは, 銀
河中心から約 400pc ほどの距離に達しており, その
分子ガス質量は 3 × 107 M⊙ 程度, またアウトフロー
の速度は約 90 ± 10 km s−1 である. 観測されたアウ
トフローの広がりをつくる時間尺度は 3-6 Myr であ
り, 分子ガスの flow rate は 4-9 M⊙ yr−1 , 必要とな
る力学エネルギーは (2 − 3) × 1054 erg と見積もられ
た. 分子ガスの消費時間尺度は 20-30 Myr 程度であ
るため, NGC3628 のスターバースト活動は, まだ若
いフェイズにあることが示唆された [17].
4 地上サブミリ波観測
76
ALMA を使った相互作用銀河 VV114 における活
動銀河核と広がった爆発的星形成領域の観測
ALMA を用いて, 赤外線で明るい相互作用銀河
VV114 の HCN(4-3) および HCO+ (4-3) 輝線の高解
像度観測を行った. 空間的に分解できない, コンパク
トで, 幅広い線幅 (290 km/s) を持ち, かつ, 星形成領
域では見られない異常に高い HCN(4-3)/HCO+ (4-3)
輝線強度比を示す成分を VV114 の東側の銀河におい
て発見した. ここには濃い星間物質に埋もれた活動
銀河核が存在すると考えられる. また、600pc 程度
の長さのフィラメント状に分布する HCO+ (4-3) 輝
線で明るい高密度ガスの分布も明らかになった. こ
れは, miniTAO で観測された Paα 輝線の分布とよく
対応しており, 相互作用領域に広がったスターバース
ト領域をトレースしていることが分かった. このよ
うに, ALMA によるサブミリ波帯の分光観測は, ダ
ストに覆われた活動銀河核やスターバースト領域を
見出す上で非常に有用であることが示された [3].
渦状銀河 M33 における巨大分子雲の進化
ASTE10m 望遠鏡を用いて, 近傍渦状銀河 M33 の
広域かつ高感度な CO(J=3-2) 輝線撮像観測を行い,
合計 71 個の巨大分子雲 (GMC) のカタログを得た.
空間分解能は約 100pc であり, GMC スケールの構造
を解像できるデータである. 一方、アーカイブにあ
る可視バンドでの撮像データを解析し, 若い星団の分
布を新たに定量的に調べた上, 既存の HII 領域のカ
タログとも突き合わせることにより, 分子雲を, 以下
のような 4 段階に分類した: type-A = 大質量星形成
の兆候を示さない静かな分子雲, type-B = HII 領域
のみを伴う若い星形成を示す分子雲, type-C = HII
領域と 10Myr より若い星団を伴う分子雲, type-D =
HII 領域と 10-30Myr の年齢を示す星団を伴う分子雲.
全 71 個の分子雲のうち, 各カテゴリに属するものの
数と割合は, A から順に, 1(1%), 13(20%), 29(45%),
22(34%) であった. これは巨大分子雲の進化過程を
みていると考えられ, 巨大分子雲の life time は 20-40
Myr と評価された. 巨大分子雲の無バイアスサーベ
イに基づき, 銀河全体における巨大分子雲の分類と
その進化を行ったのは, 系外銀河としては、LMC に
続き 2 例目であり, 渦状銀河としては初めてのもの
である. CO(3-2)/CO(1-0) 輝線強度比でトレースさ
れる「全分子ガス中に占める高密度分子ガスの割合」
は, 活発な星形成領域の周辺で上昇していることが
分かった. 本研究は三浦理絵の学位論文としてまと
められ, ApJ 誌に出版された [14, 23].
活動銀河核 NGC 4261 における分子トーラスの探査
国立天文台野辺山の RAINBOW 干渉計 (10m6 素
子の野辺山ミリ波干渉計と 45m 鏡とを結合した 7 素
子干渉計) および IRAM の PdB 干渉計を用いて, 活
動銀河核 NGC 4261 中心核方向での強い連続波源を
背景として, CO(J=2-1) および CO(J=1-0) の吸収
線探査を行った. いずれの遷移においても吸収線は検
出されなかった. 吸収線の optical depth の 3σ 上限
値は, J=2-1 が 0.098, J=1-0 が 0.042 であった. こ
れらの上限値は, 過去の JCMT 望遠鏡で報告された
CO(J=2-1) 吸収線での optical depth(0.7) よりも遙
かに小さく, 過去の結果の見直しを迫る結果となっ
た. 活動銀河核周辺の分子ガスは高温に加熱されて
おり, そのために, 量子数 J の小さいエネルギー準位
に配される粒子数が小さくなり, 今回観測した low-J
の遷移の optical depth が小さくなっていることが示
唆される [7].
4.2.4
ミリ波サブミリ波観測装置の開発
超伝導遷移端センサーを用いた多色ミリ波サブミリ
波撮像カメラの開発
サブミリ波銀河の赤方偏移の推定や, スニヤエフ・
ゼルドビッチ効果を用いた銀河団の高温プラズマの
内部構造の研究, 星形成領域におけるダストの物理量
(温度や β 指数), また, ガンマ線バーストのサブミリ
波初期残光のスペクトル指数に制限をつける上で, ミ
リ波サブミリ波帯の複数の波長における同時撮像は
極めて重要である. 単色 (波長 1.1mm) での連続波カ
メラ AzTEC による大規模な掃天観測の成功を踏ま
え, その次のステップとして, 波長 1.1mm, 0.87mm,
および 0.46mm 帯での観測を実現するミリ波サブミ
リ波カメラの開発を進めている. センサーとしては,
近年技術的な成熟度が急速に高まった TES ボロメー
ター (超伝導遷移端における, フォトン入射に対する
急峻な抵抗値の変化を読みだす超伝導熱検出器) の
アレイを採用する. 複数の波長での同時観測は, ミリ
波サブミリ波帯のダイクロイック素子を用いて実現
する. 読み出しは SQUID を用い, 周波数分割方式に
よる多重読み出しを実装した.
まず 1.1mm および 0.87mm 帯の 2 色同時撮像を
実現する, 合計 450 画素のカメラ開発を進めており,
全コンポーネントを全て組み上げての総合性能評価
と調整を行い, チリ現地へ輸送して ASTE 望遠鏡に
搭載するための準備を整えてきたが, H24 年の 5 月
から 6 月にかけて、ASTE 望遠鏡への搭載が実現し,
天体信号を使った 2 バンドでの初画像の取得に成功
した (廣田, 大島ほか). ASTE 受信機室内の電磁ノ
イズ環境が非常に劣悪であることが判明し, その対
応に追われた他, 過酷な環境化での冷凍機類の動作
にも苦労があった他, 光学系での効率が設計値と食い
違っている可能性があるなど, 解決すべき課題も多々
見出された. にもかかわらず, カメラとしての制御か
らデータ取得, 解析系まで, 全て検証して初画像を得
ることが出来たのは非常に大きな前進である. ASTE
インフラ系の問題のため, これ以上の試験観測が出
来なかったため, 実験室での光学系の詳しい調査を進
めつつ, H25 年度での観測運用に向けた準備を進め
ることとなった. 本研究の一部は, 特別推進研究「超
広帯域ミリ波サブミリ波観測による大規模構造の進
化の研究」(代表者：河野孝太郎) により進められて
いる [4, 11, 18].
4.2. 大質量銀河と巨大ブラックホールの形成・進化過程の研究
ASTE 搭載用ミリ波サブミリ波 TES ボロメータの
素子評価
ASTE 望遠鏡に搭載する TES ボロメータカメラ開
発の一環として, 超伝導素子の性能評価を担当した.
その結果, 予想よりも素子の歩留まりが悪いことが
判明したが, その原因が本当に素子自身にあるのか,
はたまた実験室の環境にあるのかを切り分ける作業
を進めてきた. 具体的には, ボロメータは超伝導素子
なので, 実験室中に不要な磁場が存在すると, その影
響を受けてノイズを発生する. そのため, 実験室中で
の磁場環境を測定し, 大きな磁場発生源となっている
装置は交換したり, 素子を冷却している容器から遠
い場所に配置し直す, といった対策をとった. これら
の作業はほぼ完了しており, 今後は再び性能評価作
業に戻り, 対策の効果が出ているかを重点的に確し,
歩留まりの悪さの原因を切り分ける. また, 光学系か
ら素子までを含めた能率の測定を行なうために, サ
ブミリ波帯での校正用の黒体の開発や, フーリエ分
光計の準備を行なった. こちらも準備は完了してお
り, 今年度の測定作業に備えている [50].
野辺山 45m 望遠鏡に搭載する新しい赤方偏移探査
用 100GHz 帯両側波帯分離型 2 ビーム SIS 受信機
システムの開発
導波管型の, 両側波帯を分離する超伝導 SIS ミキ
サーを使った 100GHz 帯受信機システムを開発した.
オルソモードトランスデューサー (OMT) を使って両
偏波を同時受信することで感度を向上させることに加
え, 天球面上の 45′′ 離れた 2 点を同時に観測できる 2
ビームを持つ. これを, 目的天体と, blank sky とで交
互に切り替え観測を行うことにより, 目的天体からの
信号を常に捉えつつ, 効率的に sky subtraction を行
うことが可能となる. 観測周波数帯域 (80-116GHz)
に渡り, SSB 受信機雑音温度は 50K 以下という高い
感度を達成した. この周波数範囲の多くで, 反対側の
側波帯からの漏れこみ除去率は 10 dB 以上あり, 実
用上問題のないレベルであった. この受信機を野辺山
45m 鏡に搭載し, 赤方偏移の情報がない天体であっ
ても無バイアスに CO 輝線を探索してその赤方偏移
を分光的に決めることができると期待される [9].
周波数変調局部発振器を用いた新しいミリ波サブミ
リ波分光方式の開発
ミリ波サブミリ波分光観測の感度向上を実現する
ために, 電波受信系の周波数標準 (局部発振器) を周
波数変調しながら高頻度で分光データをサンプルす
る受信系を構築するための, 基礎的な研究を推進し
ている. 2012 年度は, 局部発振器の周波数変調制御
を行うシステムの構築, ASTE 望遠鏡への実装, およ
び試験観測を行った結果, 本提案手法の技術実証に
成功した. また, 本分光方式専用のデータ処理ソフト
ウェアの開発も同時に推進している. この評価試験
77
をもとに, 専用データ処理ソフトウェアを開発した.
本データ処理法に基づけば, 既存の分光法と比較して
2.1 倍の感度向上が可能であることをシミュレーショ
ンで示したが, 今回の実証試験で 2.4 倍の感度向上が
可能なことを示した. さらに, 本手法の開発本拠地を
国立天文台野辺山 45m ミリ波望遠鏡に移し, システ
ムの開発と実装を完了している. 2013 年度は, 45m
望遠鏡での実用化を行う予定である [47].
＜報文＞
(原著論文)
[1] Izumi, T., Kohno, K., Martin, S., Espada, D.,
Harada, N., Matsushita, S., Hsieh, P.-Y., Turner,
J. E., Meier, D. S., Schinnerer, E., Imanishi, M.,
Tamura, Y., Curran, M. T., Doi, A., Fathi, K.,
Krips, M., Lundgren, A. A., Nakai, N., Nakajima, T., Regan, M. W., Sheth, K., Takano, S.,
Taniguchi, A., Terashima, Y., Tosaki, T., Wiklind, T., “Submillimeter ALMA Observations of
the Dense Gas in the Low-Luminosity Type-1 Active Nucleus of NGC 1097”, PASJ, in press. (2013)
[2] Fathi, K., Lundgren, A. A., Kohno, K. PinolFerrera, N., Martin, S., Espada, D., Hatziminaoglou, E., Imanishi, M., Izumi, T., Krips, M.,
Matsushita, S., Meier, D. S., Nakai, N., Sheth, K.,
Turner, J., van den Ven , G., Wiklind, T., “ALMA
Follows Streaming of Dense Gas Down to 40 pc
from the Supermassive Black Hole in NGC 1097”,
The Astrophysical Journal, in press. (2013)
[3] Iono, D., Saito, T., Yun, M. S., Kawabe, R., Espada, D., Hagiwara, Y., Imanishi, M., Izumi, T.,
Kohno, K., Motohara, K., Nakanishi, K., Sugai,
H., Tateuchi, K., Tamura, Y., Ueda, J., “Active
Galactic Nucleus and Extended Starbursts in a
Midstage Merger VV114”, 2013, PASJ, 65, L7, 5
pp.
[4] Oshima, T., Kawamura, M., Westbrook, B., Sato,
T., Suzuki, A., Takekoshi, T., Suzuki, K., Minamidani, T., Hirota, A., Izumi, T., Lee, A. T.,
Holzapfel, W. L., Kohno, K., and Kawabe, R.,
“Development of TES bolometer camera for ASTE
telescope: I. bolometer design”, 2013, IEEE Trans.
Applied Superconductivity, vol. 23, 2101004, 4 pp.
[5] Johnson, S. P., Wilson, G. W., Wang, Q. D.,
Williams, C. C., Scott, K. S., Yun, M. S., Pope,
A., Lowenthal, J., Aretxaga, I., Hughes, D., Kim,
M. J., Kim, S., Tamura, Y., Kohno, K., Ezawa,
H., Kawabe, R., Oshima, T., “X-ray detections of
submillimetre galaxies: active galactic nuclei versus starburst contribution”, 2013, Monthly Notices
of the Royal Astronomical Society, 431, 662-682
[6] Alberts, S., Wilson, G. W., Lu, Y., Johnson, S.,
Yun, M. S., Scott, K. S., Pope, A., Aretxaga, I.,
Ezawa, H., Hughes, D. H., Kawabe, R., Kim, S.,
Kohno, K., and Oshima, T., “Submm/mm Galaxy
Counterpart Identification Using a Characteristic
Density Distribution”, 2013, Monthly Notices of
the Royal Astronomical Society, 431, 194-209
78
4 地上サブミリ波観測
[7] Okuda, T., Iguchi, S., Kohno, K., “A Millimeterwave Interferometric Search for a Molecular Torus
in the Radio Galaxy NGC 4261”, 2013, The Astrophysical Journal, 768, article id. 19, 4 pp.
Yoshikawa, K., Akahori, T., Komatsu, E., Suto,
Y., Matsuo, H., Kawabe, R., “Imaging Simulations
of the Sunyaev-Zel’dovich Effect for ALMA”, 2012,
PASJ, 64, article no. 102, 16 pp.
[8] Tamura, Y., Matsuda, Y., Ikarashi, S., Scott, K.
S., Hatsukade, B., Umehata, H., Saito, T., Nakanishi, K., Yun, M. S., Ezawa, H., Hughes, D. H.,
Iono, D., Kawabe, R., Kohno, K., and Wilson, G.
W., “Obscured star formation in Ly-alpha blobs
at z = 3.1”, 2013, Monthly Notices of the Royal
Astronomical Society, 430, 2768-2773
[16] Iono, D., Hatsukade, B., Kohno, K., Kawabe,
R.,, Ikarashi, S., Ichikawa, K., Kodama, T., Motohara, K., Nakajima, T., Nakanishi, K., Ohta,
K., Ota, K., Saito, T., Suzuki, K., Tadaki, K.i., Tamura, Y., Ueda, J., Umehata, H., Yabe, K.,
Yoshida, T., Yuma, S., Kuno, N., Takano, S.,
Iwashita, H., Handa, K., Higuchi, A., Hirota, A.,
Ishikawa, S., Kimura, K., Maekawa, J., Mikoshiba,
H., Miyazawa, C., Miyazawa, K., Muraoka, K.,
Ogawa, H., Onodera, S., Saito, Y., Sakai, T.,
Takahashi, S., Yun, M. S., “Initial Results from
Nobeyama Molecular Gas Observations of Distant
Bright Galaxies”, 2012, PASJ, 64, L2, 4 pp.
[9] Nakajima, T., Kimura, K., Nishimura, A.,
Iwashita, H., Miyazawa, C., Sakai, T., Iono, D.,
Kohno, K., Kawabe, R., Kuno, N., Ogawa, H.,
Asayama, S., Tamura, T., Noguchi, T., “A New
100-GHz Band Two-Beam Sideband-Separating
SIS Receiver for Z-Machine on the NRO 45-m Radio Telescope”, 2012, PASP, 125, 252-262
[10] Doi, A., Kohno, K., Nakanishi, K., Kameno, S.,
Inoue, M., Hada, K., Sorai, K., “Nuclear Radio Jet
from a Low-Luminosity Active Galactic Nucleus
in NGC 4258”, 2013, The Astrophysical Journal,
765, article id. 63, 11 pp.
[11] Takekoshi, T., Minamidani, T., Nakatsubo, S.,
Oshima, T., Kawamura, M., Matsuo, H., Sato,
T.,Halverson, N. W., Lee, A. T., Holzapfel, W.
L., Tamura, Y., Hirota, A., Suzuki, K., Izumi, T.,
Sorai,K., Kohno, K., Kawabe, R., “Optics Design
and Optimizations of the Multi-color TES Bolometer Camera for the ASTE Telescope”, 2012, IEEE
Trans. Terahertz Sci. Technol., Vol. 2, 584-592
[12] Onodera, S., Kuno, N., Tosaki, T., Muraoka, K.,
Miura, R. E., Kohno, K., Nakanishi, K., Sawada,
T., Komugi, S., Kaneko, H., Hirota, A., and
Kawabe, R., “NRO M 33 All-Disk Survey of Giant
Molecular Clouds (NRO MAGiC). II Dense Gas
Formation”, 2012, PASJ, 64, article no. 133, 15
pp.
[13] White, G. J., Hatsukade, B., Pearson, C., Takagi,
T., Sedgwick, C., Matsuura, S., Matsuhara, H.,,
Serjeant, S., Nakagawa, T., Lee, H. M., Oyabu,
S., Jeong, W.-S., Shirahata, M., Kohno, K., Yamamura, I., Hanami, H., Goto, T., Makiuti, S.,
Clements, D. L., Malek, K., Khan, S. A., “A deep
ATCA 20 cm radio survey of the AKARI Deep
Field South near the South Ecliptic Pole”, 2012,
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 427, 1830-1846
[14] Miura, R. E., Kohno, K., Tosaki, T., Espada, D.,
Hwang, N., Kuno, N., Okumura, S. K., Hirota, A.,
Muraoka, K., Onodera, S., Minamidani, T., Komugi, S., Nakanishi, K., Sawada, T., Kaneko, H.,
Kawabe, R., “Giant Molecular Cloud Evolutions
in the Nearby Spiral Galaxy M33”, 2012, The Astrophysical Journal, 761, article id. 37, 23 pp.
[15] Yamada, K., Kitayama, T., Takakuwa, S., Iono,
D., Tsutsumi, T., Kohno, K., Takizawa, M.,
[17] Tsai, A.-L., Matsushita, S., Kong, A. K. H., Matsumoto, H., Kohno, K., “First Detection of a Subkiloparsec Scale Molecular Outflow in the Starburst Galaxy NGC 3628”, 2012, The Astrophysical
Journal, 752, article id. 38, 14 pp.
[18] Westbrook, B., Lee, A., Meng, X., Suzuki, A.,
Arnold, K., Shirokoff, E., George, E., Aubin, F.,
Dobbs, M., MacDermid, K., Hanany, S., Raach,
K., Aboobaker, A., Hubmayr, J., Oshima, T.,
Kawamura, M., Kohno, K., “Design Evolution of
the Spiderweb TES Bolometer for Cosmology Applications”, Journal of Low Temperature Physics,
Vol. 167, pp. 885-891 (2012)
[19] Scott, K. S., Wilson, G. W., Aretxaga, I., Austermann, J. E., Chapin, E. L., Dunlop, J. S., Ezawa,
H., Halpern, M., Hatsukade, B., Hughes, D. H.,
Kawabe, R., Kim, S., Kohno, K., Lowenthal, J. D.,
Montaña, A., Nakanishi, K., Oshima, T., Sanders,
D., Scott, D., Scoville, N., Tamura, Y., Welch, D.,
Yun, M. S., and Zeballos, M., “The source counts
of submillimetre galaxies detected at λ = 1.1 mm”,
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 423, 575-589 (2012)
[20] Hatsukade, B., Hashimoto, T., Ohta, K., Nakanishi, K., Tamura, Y., and Kohno, K., “Constraints
on Obscured Star Formation in Host Galaxies of
Gamma-Ray Bursts”, The Astrophysical Journal,
748, article id. 108 (2012)
[21] Hsieh, P.-Y., Ho, P. T. P., Kohno, K., Hwang,
C.-Y., and Matsushita, S., “Probing Circumnuclear Environments with the HCN(J = 3-2) and
HCO+ (J = 3-2) Lines: Case of NGC 1097”, The
Astrophysical Journal, 747, article id. 90 (2012)
[22] Yun, M. S., Scott, K. S., Guo, Y., Aretxaga, I., Giavalisco, M., Austermann, J. E., Capak, P., Chen,
Y., Ezawa, H., Hatsukade, B., Hughes, D. H., Iono,
D., Johnson, S., Kawabe, R., Kohno, K., Lowenthal, J., Miller, N., Morrison, G., Oshima, T., Perera, T. A., Salvato, M., Silverman, J., Tamura,
Y., Williams, C. C., and Wilson, G. W., “Deep
4.2. 大質量銀河と巨大ブラックホールの形成・進化過程の研究
1.1 mm-wavelength imaging of the GOODS-S field
by AzTEC/ASTE - II. Redshift distribution and
nature of the submillimetre galaxy population”,
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 420, 957-985 (2012)
(学位論文)
[23] 三浦理絵, “Dense Gas and Massive Star Formation
within Giant Molecular Clodus in the Nearby Spiral Galaxy M33”, 博士論文, 2012 年 5 月
[24] 鈴木賢太, “Dusty Starburst Galaxies in the High
Redshift Proto-cluster around the Radio Galaxy
4C 23.56”, 博士論文, 2013 年 3 月
(国内雑誌)
[25] 河野孝太郎 : 「超巨大ブラックホールの謎」「発見！
モンスター銀河」, 大人の科学マガジン サイエンス・
ライブ「星と銀河と宇宙の進化」学研教育出版 2012
年 10 月 1 日発行
＜学術講演＞
(国際会議)
招待講演
[26] Kohno, K., “ALMA study of the activities in galaxies” (Invited), 2012/9/12–13, “ALMA-EA Science
Workshop”, Daejeon, Korea
[27] Kohno, K., “ALMA observations of Dense Molecular Gas in active galaxies” (Invited), 2012/10/10–
12, “SOCHIAS 2012: Submm astronomy in Chile”,
Vina del Mar, Chile
[28] Kohno, K., “ASTE plans for 2013-2015” (Invited),
2012/10/10–12, “SOCHIAS 2012: Submm astronomy in Chile”, Vina del Mar, Chile
[29] Kohno, K., “Exploring the formation and evolution of galaxies through Terahertz windows”
(Invited), 2012/11/26–30, “International Symposium on Frontiers in THz Technology 2012”, Nara,
Japan
[30] Kohno, K., “Observations of high redshift galaxies:
from Nobeyama to ALMA” (Invited), 2012/12/3–
8, “New Trends in Radio Astronomy in the ALMA
Era: The 30th Anniversary of Nobeyama Radio
Observatory”, Hakone, Japan
一般講演
[31] Kohno, K., “ALMA Band 7 observations of dense
molecular medium in the type-1 active nucleus
NGC 1097”, 2012/12/12–15, “The First Year of
ALMA science”, Puerto Varas, Chile
[32] Ikarashi, S., Kohno, K., Tamura, Y., Suzuki, K.,
Umehata, H., Motohara, K., Hatsukade, B., Ohta,
K., Yabe, K., Iono, D., Nakanishi, K., Kawabe,
R., Wilson, G., Yun, M. S., Hughes, D. H., Aretxaga, I., Scott, K., Ivison, R., Arumugam, V., Dunlop, J., Caputi, K., “AzTEC/ASTE deep and wide
79
submillimeter galaxy survey in the Subaru/XMMNewton Deep Field: Identification of VLA, Spitzer
and Herschel counterparts to 1100-µm-selected
galaxies and redshifts”, 2012/12/3–8, “New Trends
in Radio Astronomy in the ALMA Era: The 30th
Anniversary of Nobeyama Radio Observatory”,
Hakone, Japan (Poster)
[33] Ikarashi, S., Kohno, K., Tamura, Y., Suzuki, K.,
Umehata, H., Motohara, K., Hatsukade, B., Ohta,
K., Yabe, K., Iono, D., Nakanishi, K., Kawabe, R.,
Wilson, G., Yun, M. S., Hughes, D. H., Aretxaga,
I., Scott, K., Ivison, R., Arumugam, V., Dunlop,
J., Caputi, K., “AzTEC/ASTE confusion-limited
1100µm SMG survey in SXDF: VLA, Spitzer and
Herschel counterparts for AzTEC sources and their
natures”, 2012/09/20–22, “CCAT high-redshift
galaxies workshop”, University of Colorado , USA
(Oral)
[34] Umehata, H., Tamura, Y., Kohno, K., et al.:
“Submillimeter Galaxies in the SSA22 Protocluster at z = 3.1”, 2012/09/10–13, “Growing-up at
high redshift: from proto-clusters to galaxy clusters”, European Space Astronomy Centre (ESAC),
Madrid, Spain (Oral)
[35] Suzuki, K., Kohno, K., et al., “Title: Large
Dust and CO in Hα emitting galaxies associated with the proto-cluster around 4C 23.56 at
z=2.48”, 2012/09/10–13, “Growing-up at high redshift: from proto-clusters to galaxy clusters”, European Space Astronomy Centre (ESAC), Madrid,
Spain (Poster)
[36] Suzuki, K., Kohno, K., et al., “Sub-mm Singledish
and Interferometric Observations of the Protocluster around 4C 23.56 at z = 2.5”, 2012/12/3–8,
“New Trends in Radio Astronomy in the ALMA
Era: The 30th Anniversary of Nobeyama Radio
Observatory”, Hakone, Japan (Poster)
[37] S. Ikarashi, K. Kohno, K. Motohara, M. Ouchi,
K. Shimasaku, Y. Tamura, K. Suzuki, H. Umehata (Univ. of Tokyo) , K. Nakanishi, D. Iono,
R. Kawabe, N. Kashikawa, K. Yabe, M. Hayashi
(NAOJ),K. Ohta, B. Hatsukade (Kyoto Univ.), W.
Wang (ASIAA), M. Yun, G. Wilson, S. Johnson
(UMASS), D. Hughes, I. Aretxaga (INAOE), R.
Ivison, J. Dunlop , V. Arumgam (Royal observatory of Edinburgh), K. Caputi (Univ. of Groningen), M. Malkan (UCLA), C. Ly (STSC), K. Scott
(NRAO) : “A highest redshift SMG candidate discovered in the Subaru Deep Field”, 2013/1/15–
17, “Subaru Users Meeding 2012”, Mitaka, Japan
(Oral)
(セミナー)
[38] 河野孝太郎 : 「ALMA cycle 0 observations of the
dense molecular gas in the active galaxy NGC
1097」, 2012/5/23, EA-ARC Seminar, 国立天文台
(国内会議)
4 地上サブミリ波観測
80
一般講演
[39] 河野孝太郎 : 「ミリ波サブミリ波でみた 銀河形成研
究の現状」, 2012/5/26-28, 銀河形成解剖ワークショッ
プ, 国立天文台ハワイ観測所
[40] 河野孝太郎 : 「Survey of dense molecular gas in
Southern active galaxies using Mopra」, 2012/6/9,
ALMA Workshop: Science with Mopra for the
ALMA, 国立天文台
[41] 河 野 孝 太 郎 : 「Dusty starburst galaxies in
CANDELS/SXDF」, 2012/6/12, ALMA 銀河 subworking group: AGN および high-z, 国立天文台
[42] 河野孝太郎 : 「ALMA cycle 0 observations of
the barred spiral galaxy NGC 1097」, 2012/6/27,
ALMA science working group on nearby galaxies,
国立天文台
[43] 河野孝太郎 : 「ALMA cycle 0 observations of
the type-1 Seyfert galaxy NGC 1097」, 2012/8/14,
Kinematics, ISM and Star Formation in Galaxies,
明星大学
[44] 梅畑豪紀, 河野孝太郎, 田村陽一, 五十嵐創, 鈴木賢
太（東京大学）, 大島泰, 田中壱, 川邊良平, 伊王野
大介, 中西康一郎（国立天文台), 江上英一 (アリゾ
ナ大), 廿日出文洋（京都大学）: 「An ultra bright
SMG behind a nearby cluster」, 日本天文学会 2012
秋季年会, 大分大学, 2012/9/20
[45] 泉拓磨, 田村陽一, 河野孝太郎 (東京大学), 高野秀路,
Daniel Espada, 中西康一郎, 今西昌俊（国立天文台）,
中井直正（筑波大）, 中島拓（名古屋大）, 他：
「ALMA
で探る近傍銀河のエネルギー源」, 2012/9/20, 日本
天文学会 2012 秋季年会, 大分大学
[46] 泉拓磨, 田村陽一, 河野孝太郎 (東京大), 中島拓（名
古屋大）, 高野秀路, 中西康一郎, Daniel Espada, 今
西昌俊（国立天文台）, 中井直正（筑波大）, 他：
「高
密度ガスのトレーサーで探る銀河のエネルギー源」,
2012/9/20, 日本天文学会 2012 秋季年会, 大分大学
[47] 田村 陽一 (東京大学), 畳谷 仁男, 高橋 茂, 前川 淳 (国
立天文台野辺山), 堀込 治 (富士通システムズ・イー
スト), 阿部 勝己 (富士通株式会社), 河野 孝太郎, 酒
井 剛 (東京大学) : 「周波数変調局部発振器による新
しいミリ波サブミリ波分光法：I. 受信システムの開
発」, 2012/9/21, 日本天文学会 2012 秋季年会, 大分
大学
[48] 河野孝太郎 : 「ALMA/ASTE」, 2012/9/26-28, す
ばる HSC サーベイによるサイエンス, 国立天文台
[49] 河野孝太郎 : 「ASTE-II/III 計画： ALMA 時代
における空間方向および波長方向のサーベイ戦略・
LMT/CCAT 他との関係」, 2012/9/29, Large Aperture Millimeter/Submillimeter Telescopes in the
ALMA Era, 国立天文台
[50] 泉拓磨, 河野孝太郎, 大島泰ほか : 「ASTE 搭載用
TES ボロメータカメラの開発」, 2012/11/5–6, 計測
システム研究会, 本郷, 東京大学
[51] 河野孝太郎 : 「ALMA cycle 0 observations of active
galaxies」, 2013/1/26-28, ALMA 時代の宇宙構造形
成理論研究会, 北海道大学
[52] 河野孝太郎 : 「分子スペクトル線の観測で得られる銀
河の基本物理量」, 2013/2/25-26, ALMA workshop:
ALMA ミリ波サブミリ波観測で押さえる銀河の基本
観測量とその理解, 国立天文台
[53] 竹腰達哉, 南谷哲宏, 大木平, 徂徠和夫, 羽部朝男
(北海道大学), 田村陽一, 河野孝太郎 (東京大学), 大
島泰, 江澤元, 川辺良平 (国立天文台), I. Aretxaga,
D. H. Hughes (INAOE), K. S. Scott (NRAO),G.
W. Wilson, M. S. Yun (UMASS) : 「Detection of
an Ultra-bright Submillimeter Galaxy behind the
Small Magellanic Cloud」, 2013/3/20, 日本天文学
会 2013 年春季年会, 埼玉大学
[54] 中島 拓（名古屋大学 STEL）, 岩下 浩幸, 宮澤 千栄
子, 久野 成夫（国立天文台 野辺山）, 西村 淳, 木村
公洋, 小川 英夫（大阪府立大学 理）, 酒井 剛, 河野
孝太郎（東京大学 理）, 伊王野 大介, 浅山 信一郎,
川辺 良平（国立天文台 チリ）, 野口 卓（国立天文台
ATC） : 「野辺山 45 m 鏡用 100 GHz 帯 2 ビーム
両偏波・2SB 受信機の実用化」, 2013/3/21, 日本天
文学会 2013 年春季年会, 埼玉大学
[55] 河野孝太郎, 酒井剛, 田村陽一, 五十嵐創, 梅畑豪紀,
泉拓磨 (東京大学), 川辺良平, 大島泰, 廣田晶彦, 佐
藤立博, 岩下浩幸, 久野成夫, 江澤元, 伊王野大介, 児
玉忠恭 (国立天文台), 松原英雄 (JAXA), 南谷哲宏,
竹腰達哉 (北海道大学), 中島拓 (名古屋大学), 廿日出
文洋 (京都大学) 他 : 「超広帯域ミリ波サブミリ波
観測に基づく大規模構造の進化の研究：進捗状況」,
2013/3/21, 日本天文学会 2013 年春季年会、埼玉大学
[56] 河野孝太郎 (東京大学) : 「ALMA 時代の超巨大ブ
ラックホール形成研究」, 2013/3/22, 日本天文学会
2013 年春季年会, 埼玉大学
[57] 河 野 孝 太 郎 : 「Water line emission in the
LIRGs/ULIRGs near and far」, 2012/3/26-27,
ALMA workshop: ALMA で探る遠方・近傍宇宙の
赤外線銀河研究の新展開, 宇宙科学研究所
(集中講義)
[58] 河野孝太郎: 「アルマ時代のミリ波サブミリ波天文
学」京都産業大学, 2012/7/25-27
(一般講演)
[59] 河野孝太郎 : 「混沌の宇宙を読み解く」, 2012 年 4
月 14 日, 第 115 回東京大学公開講座「想像力」, 安
田講堂, 東京大学
[60] 河野孝太郎 : 「南米アタカマから宇宙を見る」, 2013
年 3 月 24 日, 日本天文学会公開講演会「地上と宇宙
をつなぐ天文学の歴史」, 埼玉大学
81
5.1
大型低温重力波望遠鏡 KA-
GRA
5 重力波探査
——重力波によるビッグバン宇宙の探索—
—（坪野）
日本の重力波研究の長年の目標であった大型レー
ザー干渉計重力波検出器計画 KAGRA(旧 LCGT) プ
ロジェクトが、ついに 2010 年 10 月よりスタートし
た。メインのターゲットは連星中性子星の合体にと
もなう重力波であり、KAGRA が完成すれば確実に
年に数回の重力波イベントを検出できるはずである。
現在は光学設計やインフラ整備が急ピッチで進んで
いる。また全長 6km におよぶ巨大な真空パイプや低
温冷却系の一部が完成している。一方で、宇宙空間を
利用した重力波検出計画も構想されており、われわれ
は日本独自のスペース重力波検出器 DECIGO を提
唱している。これを実現するための基礎研究として、
小型衛星を用いた予備実験などの準備を進めている。
これらの基礎研究をもとにして、DECIGO によって
巨大ブラックホールや宇宙初期のインフレーションに
起源をもつ重力波をとらえようとする計画を推進中で
ある。また、地上で低周波の重力波を検出することが
可能な新しいタイプの重力波検出器 TOBA(Torsion
Bar Antenna) を開発し、実際に観測をおこなった。
2013 年 3 月をもって坪野研究室は幕を閉じること
になった。1987 年に東京大学理学部に坪野研究室が
発足して以来、本研究室は 26 年にわたり重力波研
究の中核拠点として機能してきた。大学院生として
研究室に在籍した学生のうち、修士課程修了者は 38
名、そのうち博士学位取得者は 14 名にのぼる。博士
課程修了者の多くは重力波研究分野およびその周辺
分野に残り、現在は各分野で主導的な役割を果たし
ている。今後は安東正樹准教授が研究室を引き継ぐ
ことになった。残ったスタッフ、学生と一緒になって
さらに重力波研究を大きく展開していくことが期待
される。
図 5.1: 大型低温重力波望遠鏡 KAGRA の概念図。
KAGRA (かぐら) は岐阜県神岡の地下サイトに一
辺 3 km の L 字型巨大レーザー干渉計を建設し、宇
宙からの重力波を検出しようとするプロジェクトで
ある (図 5.1)。2010 年 10 月よりプロジェクトがス
タートし、2011 年 1 月 28 日には、それまで LCGT
と呼ばれていたプロジェクト名に KAGRA という愛
称がつけられた。現在、装置の建設は順調に進んで
おり、2015 年には常温での運転が、2017 年からは
低温での重力波観測が可能になる予定である。これ
によって世界初の重力波検出をめざしている。当研
究室では、主干渉計光学系の設計などの主要部分の
役割を担っており、それに関連した研究開発が進め
られている [1, 16, 17, 18, 19] 。
光学系のレイアウト設計
KAGRA では多数の鏡を km オーダーの長い間隔
で分散配置する。その際、光学的なレイアウトには、
入射角度やビームスポット位置等に対して、満たさ
なければならない拘束条件が多数ある。また実際に
干渉計を動作させる際に、必要な光を取り出し易く
すると共に、不要な光を適切にダンプし、散乱光雑
音が生じないように処理する必要がある。これらの
レイアウト最適化作業を効率良く行うため、麻生は、
ガウシアンビームの光線追跡ソフトを作成した。こ
れによって、従来は手動で行なっていたレイアウト
パラメーターの最適化が自動化され、鏡の仕様変更
等に対して柔軟かつ迅速に最適レイアウトのアップ
デートができるようになった。このソフトを用いて、
KAGRA の光学レイアウトが決定された [30, 35] 。
アラインメント制御
レーザー干渉計を高感度な重力波検出器として用
いるには、干渉計を構成する鏡の位置と姿勢を高精
度に制御する必要がある。KAGRA では従来型の干
渉計に比べて 5 枚鏡を増やし、RSE と呼ばれる構成
を採用することで感度を向上させているが、一方で、
制御すべき自由度が大幅に増加する。これにより各
自由度の変位信号の分離・対角化が格段に困難にな
る。また、高出力レーザーを入射光として用いるた
め、干渉計の片腕の Fabry-Perot 共振器内を往復す
るレーザーパワーは 400 kW にも及ぶ。そのため、共
振器を構成する鏡の傾きに対してレーザー輻射圧ト
ルクがそれを拡大させる方向に働き、角度不安定性
が自発的に生じてしまうという問題がある。
我々はアラインメント制御系をシミュレートする
ためのソフトを開発し、これを用いて KAGRA の干
渉計パラメータの最終決定を行った。特に腕共振器
を構成する鏡の曲率と、2 つのリサイクリング共振
器の鏡の曲率はアラインメント制御系を大きく左右
するため、KAGRA の目標感度達成に重要である。
5 重力波探査
82
腕共振器の鏡の曲率は輻射圧による角度不安定性が
小さくなるよう選んだ。また、リサイクリング共振
器の鏡の曲率は重力波信号を汚す高次モードと呼ば
れる光を抑制しつつ、アラインメント信号の分離が
しやすいように選択した。こうして決定した鏡の曲
率を元に、現在鏡の製作が行われている。
また、鏡の懸架系の 3 次元剛体シミュレーション
の結果と合わせ、角度制御系の設計を行った。これ
により鏡を冷やすためのサファイアファイバーの共
振が干渉計の感度を悪化させることがわかった。現
在は東京大学宇宙線研究所と協力し、鏡の懸架系を
見直すとともに、懸架系自体の制御モデルの構築を
行なっている [13]。
パラメトリック不安定性
光学系のパラメータ設計の際に考慮するべき問題
として「パラメトリック不安定性」という問題があ
る。当研究室ではこの不安定性の起こる条件の適用範
囲を先行研究から拡張し、任意の光学系について適用
可能なものとした。また、この結果を実際に KAGRA
およびヨーロッパの第 3 世代重力波望遠鏡 ET に対
して適用し、これらの干渉計の光学設計においてパ
ラメトリック不安定性のリスクを評価した（図 5.2）。
今年度は以上の結果を投稿論文としてまとめ、公表
する予定である [10, 44]。
可能であるサファイアロッドの熱伝導率が KAGRA
の要求する熱伝導率を満たしているかどうかは非常
に重要な問題である。そこで、坪野研究室ではサファ
イアロッドの低温での熱伝導率測定を行った。
2012 年度は過去に熱伝導率が測定されたことのあ
るサファイアロッドのサンプルを用いて、熱伝導率
測定のセットアップを構成し熱伝導率の測定ができ
ることの確認を行った。また、そのサンプルに関して
暫定的ではあるが熱伝導率の値をおよそ 10 K - 40 K
の範囲で測定した [11]。
PD の感度一様性測定装置の開発
Photo Detector (PD) は干渉計の信号を電気信号
に変える重要な要素である。一般に、PD に入射する
レーザービームには微小ながら位置揺らぎ (ジッタ)
が存在する。そのため、PD 表面上でのビーム照射位
置が常に変動している。PD 表面に感度の不均一性
が存在すると、このビームジッタが PD 出力の変動
として現れ、雑音となる。坪野研究室ではこれまで、
制御されたビームジッタを持つビームを PD に照射
し、その照射位置をスキャンすることで、PD 表面の
感度非一様性を測定する装置を開発してきた。これ
によって、そもそも非一様性の低い PD を選別する
と共に、PD 表面で比較的一様性の高い部分にビーム
を当てることで、ビームジッタ起因の雑音を低減す
ることができる。特に今年度は、二方向に異なる周
波数でビームジッタを加えることで、同時測定を行
い、高速な一様性測定が可能な装置を開発した。今
後、KAGRA で使われる PD をこの装置で選別して
いく予定である。
5.2
宇宙空間レーザー干渉計 DE-
CIGO
図 5.2: KAGRA においてパラメトリック不安定性
を評価した結果。
サファイアの低温物性に関する研究
大型レーザー干渉計型重力波検出器 KAGRA で
は、干渉計を構成する鏡をサファイアのロッドで懸
架する。このサファイアロッドは鏡を引っかけるため
にロッドの端が太い特殊な形状をしており、ロッドの
表面を研磨することができないことが分かっている。
KAGRA の懸架に使用するサファイアロッドは鏡か
らの入熱を冷凍機に送るために高い熱伝導率を持つ
必要があるが、径の細いロッドの熱伝導率は表面状
態によって変化することが知られており、現在作成
DECIGO は基線長 1000km のファブリペロー型
レーザー干渉計を宇宙空間に建設するという野心的
な計画である。これは、主に 10 Hz 以上で感度のあ
る地上レーザー干渉計と、0.1 Hz 以下で感度のある
NGO(LISA の後継計画) のような大型宇宙レーザー
干渉計の中間にある周波数帯をターゲットとする検
出器である。DECIGO は巨大ブラックホールの合体
や、初期宇宙からの重力波などの観測を目指してい
る。DECIGO は極めて技術的要求が高い計画である
ため、数段階の技術実証実験を経てその実現を目指
す。本研究室ではこれまでに世界初の宇宙空間重力
波検出器である SWIMµν を打ち上げ、そのデータ解
析を行っている。また、DECIGO Pathfinder (DPF)
と呼ばれる DECIGO の技術実証衛星の開発にも参
加しており、主に干渉計モジュールの構造設計を行っ
ている [2, 5, 14, 20]。
5.4. 低温光共振器を用いた超高安定化レーザー光源の開発
83
超小型宇宙重力波検出器 SWIMµν
SWIMµν は、JAXA の打ち上げた小型実証衛星
1 型（SDS-1）に搭載された超小型重力波検出器モ
ジュールである。この内部には、長さ 50 mm 程度
のねじれ型重力波アンテナ（TOBA）が格納されて
いる。SDS-1 衛星のスピンによって「回転 TOBA」
という新しいタイプの重力波検出器が実現されるた
め、回収したデータにより低周波宇宙背景重力波の
探査を実施した。SWIMµν は小型の実証機器であり
重力波感度が良いわけではなかったが、DPF のため
の技術の一部を軌道上実証できたといえる [6]。
5.3
ねじれ型重力波望遠鏡 TOBA
ねじれ振り子型重力波検出器 (Torsion-bar Antenna, TOBA) は地上で低周波重力波を観測するた
めの検出器である。現在、神岡で KAGRA という
3 km の腕を持つ干渉計型重力波検出器が建設されて
いるが、こういった地上の干渉計型重力波検出器は
共振周波数と地面振動の影響で 10 Hz 以下に感度を
持つことができない。また、干渉計を宇宙に打ち上げ
て低周波重力波を探査するための DECIGO 計画の
提案されているが、その実現にはまだしばらく時間
がかかる見込みである。そこで地上で低周波重力波
探査ができる検出器として TOBA が提案された。こ
れは棒をワイヤーや超伝導ピン止め効果によって浮
上させたもので、回転の共振周波数が数 mHz となり
これ以上の重力波に対して感度を持つ。現在、坪野研
究室にワイヤー懸架タイプと超伝導磁気浮上タイプ
のプロトタイプ検出器が開発され、いずれも 0.1 Hz
付近で重力波に対する感度が 10−8 から 10−9 Hz−1/2
程度であり、この周波数帯では世界最高感度となっ
ている。今後は雑音を低減させ、より良い感度での
観測運転を目指す [15, 21]。
Phase-II TOBA の設計
現在までに、TOBA 第 1 号機によって原理検証・観
測が行われてきたが、今後は感度向上の為、技術検証
や大型化が必要となる。そこで、Phase-II TOBA と
して、低温技術・防振技術を盛り込んだ中型 TOBA
のコンセプトデザイン決定を行った（図 5.3）。
本研究で検証する技術は、TOBA だけでなく KAGRA などの他の重力波検出器にも応用可能なもので
あり、コラボレーションが期待できる。また、重力
波観測においてもテストマスの水平方向の回転だけ
でなく、垂直方向の回転もモニターする事で、双方
向からやってくる重力波を観測する新たな解析手法
も採用する予定である。
今後、このコンセプトに基づいて具体的な設計・
システム構築を行う [4, 45]。
図 5.3: Phase-II TOBA のコンセプトデザイン。
5.4
低温光共振器を用いた超高安
定化レーザー光源の開発
レーザー周波数の安定化は、重力波検出器のみな
らず、光格子時計や超高精度分光等の精密計測にお
いて重要な役割を果たす。一般に周波数安定化には
高安定な光共振器を用意し、レーザーをその共振点
にロックすることで達成される。しかし、この共振
器の長さ安定度は、構成分子の熱的振動によって生
じる熱雑音によって制限される。そこで当研究室で
は、低温において高い機械的 Q 値を持つ単結晶シリ
コン製の光共振器を用いて、熱雑音を低減した超高
安定化レーザーの開発を行なっている。この研究は、
工学部香取研究室と共同で進めており、完成した際
には、香取研の光格子時計用プローブレーザーとし
て活用する予定である。本研究の目指す 10−17 レベ
ルの安定度を持つプローブレーザーを使えば、100 秒
程度の短期積分で 10−18 の安定度に到達可能な超高
性能光周波数標準を実現可能である [3]。
光学系開発
本研究に使用する光共振器は、単結晶シリコン製
のミラーをやはり単結晶シリコン製のスペーサーに
オプティカルコンタクトすることで製作される。こ
の際、様々なテクニカル雑音の影響を避けるため、鏡
には極めて低い光学損失が要求される。一方で、熱
雑音を低減するためには鏡上でのビームスポットサ
イズをできるだけ大きくする必要がある。そこで、
我々の光共振器では、鏡の曲率半径を 3m と大きな
値に設定した。しかし、このような大曲率半径の曲
面と、オプティカルコンタクトのための平面研磨部
分を同一面内に作成するのは困難である。当初、磁
気流体研磨によるミラー製作を試みたが、必要な表
面粗さを達成することができなかった。そこで、従来
からあるオスカー研磨法を応用した鏡面研磨が可能
であるか、光学部品メーカーにテストを依頼し、そ
の結果、我々の要求値を満たす鏡面の製作を行うこ
とができた。現在、この鏡基板に誘電体多層膜コー
5 重力波探査
84
ティングを行ったものの評価実験を進めている。ま
た、この共振器に光を導入し、レーザーをロックす
るための真空対応光学系を構築し、ロックが可能で
あることを確認した [22, 37, 42]。
光共振器の防振
目的の周波数安定度を獲得する為には、地面や冷
凍機による振動によって共振器長が弾性変形するの
を防がなければならない。この為に必要となるのが防
振台である。そこで我々は、ヘキサポッドと呼ばれる
6 本脚の台を使用する。6 本の脚にはそれぞれピエゾ
素子が組み込まれており、小型の seismometer（速度
計）でモニターした振動をピエゾ素子にフィードバッ
クして脚の長さを調節する事で、全自由度の振動を
√
抑える。これにより、1 Hz において 10−8 [m/ Hz]
(東京の地面振動レベルの約 1/10) の振動レベルまで
防振する事を目標とする。
現在までに装置の組み立て及び 1 自由度制御に成
功しているが、現状ではまだ防振比が足りない状況
にある。今後、フォトセンサーを用いたサブ制御ルー
プを組み込むことで防振比・帯域を向上させる予定
である [25, 31]。
光共振器の低温化
低温光共振器ではスペーサーや鏡、コーティング
の熱雑音を低減させるために極低温まで共振器を冷
却する。また、熱膨張による共振器長変動を小さく
するために温度安定化も行う必要がある。
2012 年度は 2011 年度に納品された冷凍機および
クライオスタットの性能評価、光共振器の冷却試験、
極低温化での光共振器の温度安定度測定を行った。冷
凍機およびクライオスタットの性能評価としては到
達真空度、到達温度、熱負荷に対する温度上昇を測
定し、当初の要求を満たすことの確認ができた。光
共振器の冷却試験では共振器の温度が 5.2 K まで冷
却可能であることが確認でき、当初の予定であった
18 K でのオペレーションよりも低い温度でのオペ
レーションも可能であることがわかった。極低温で
の光共振器の温度安定度測定では現在の温度安定度
√
が 400 nK/ Hz 以下であることを見積もることがで
きた。
今後は、温度安定度を向上するための温度安定化
や、低温化でのレーザーの光共振器へのロックおよ
びロックした状態でのレーザーの周波数安定度の評
価などを行っていく [8, 28, 33]。
5.5
極小距離領域における重力法
則検証
4 つの相互作用すべてを統一しようとしている超
弦理論において、時空は通常の 4 次元座標以外にも
複数の余剰次元座標も用いて記述されるとしている。
この理論によって、重力相互作用はほかの相互作用
と異なり余剰次元空間にも伝播するため、古典的な
逆二乗則は微小距離において破れている可能性があ
ると指摘されている。
当研究室ではかつて重力波検出器として用いられ
ていた共振型振動子を用いてその検証実験を試みて
いる。この検出器は高い Q 値と低い共振周波数をも
つため、高い S/N 比で重力信号を検出することがで
き、先行研究よりも高精度での重力法則の検証が行
うことができると期待される。
2012 年度はデータの一部を取得し、8∼10mm の領
域で先行研究と同程度の精度の検証に成功した。本年
度は引き続き残りのデータの取得を行い 0.1∼10mm
の幅広い領域で先行研究よりも高い精度での検証結
果を得たいと考えている [7, 27, 32]。
5.6
空間等方性の研究
量子重力理論の研究や宇宙マイクロ波背景放射
(CMB) の観測から、わずかに Lorentz 不変性が破れ
ている可能性が示唆されている。特に光子の Lorentz
不変性の破れは特殊相対論の否定する光速の異方性
に通じ、我々の宇宙観を左右する極めて重要な問題
であるため、世界中で光速の異方性探査が行われて
いる。しかし、これまでの多くの実験は MichelsonMorley の実験と同じように往復光速の異方性探査と
なっており、片道光速の異方性への上限値は往復光
速に比べて 4 桁大きいものとなっていた。そこで、
我々は片道光速の異方性に着目し、研究を行なって
いる。片道光速の異方性とは、一方向に進む光の速
さの、行き帰りの差である。
これまで異方性探査実験では、光共振器の鏡像反
転対称性のため、往復光速の異方性しか測定するこ
とはできなかった。そこで、光リング共振器の光路
の一部に媒質を入れて屈折率を変え、非対称性を持
たせることで片道光速の異方性を測定可能にした。
片道光速の異方性が存在すると、この光リング共振
器の時計回りの共振周波数と反時計回りの共振周波
数に差が生じる。この差をダブルパスという光学系
構成により測定することを考案した。ダブルパス構
成では一度光共振器に共振した光を逆回りに再入射
する。これにより測定が高精度な null 測定となる。
また、両回りの共振周波数は共振器の水平や温度の
変動に伴って同相で変化するため、共振周波数の差
を測定する本手法は高い同相雑音除去により環境変
動に極めて強い。これまでの光共振器を用いた異方
性探査実験では高レベル防振装置や高真空環境が必
須であったが、本実験ではその必要がなく、優れて
いる。
今年度は昨年度に制作した装置を改良を行い、8
月より長期測定を開始した。本異方性探査では光リ
ング共振器を回転させているが、この回転に伴って
レーザーの偏波面が変化してしまう影響への対策と、
回転台の水平度出しが主な改良点である。また、長
期測定を可能にするためリモート制御環境を整えた。
現在も長期測定を続けており、約 220 日分、約 83 万
5.7. 巨視的振動子の量子測定
回転分の異方性信号データを得ている。このデータ
を用いて解析を行ったところ、有意な異方性は見つ
からず、片道光速の異方性へ 10−14 のオーダーの上
限値をつけた。特に拡張標準理論の枠組みで解析を
行い、光子の Lorentz 不変性の破れパラメータのう
ち、奇パリティ成分に 10−14 オーダー、スカラー成
分に 10−10 オーダーでの上限値をつけた。これらは
これまで他の実験で得られていたものを 1 桁以上更
新するものであり、我々の知る限り世界で最も厳し
い上限値である [29, 34, 43, 46]。
85
(学位論文)
[6] 穀山渉: Spaceborne Rotating Torsion-Bar Antenna
for Low-Frequency Gravitational-Wave Observations, 博士論文 (2013).
[7] 柴田和憲: サブミリメートル領域での重力法則の検証
による余剰次元探査, 修士論文 (2013).
[8] 牛場崇文: 低温シリコン光共振器を用いた高安定化光
源の開発, 修士論文 (2013).
＜学術講演＞
(国際会議)
5.7
巨視的振動子の量子測定
近年、光の圧力（量子輻射圧揺らぎ）と巨視的機
械振動子が結合した光共振器（機械光学系）におけ
る巨視的量子現象に関心が集まっており様々な理論
予測が発表されている。例えば振動子間の巨視的エ
ンタングル状態の生成など、機械光学系は巨視的量
子現象を観測する新たな実験系となる可能性を秘め
ている。
しかし、巨視的な系における輻射圧揺らぎの観測
は未だなされていない。困難さの原因は二つあり、一
つは振動子の質量が重いこと、もう一つは光軸変動
と輻射圧力が結合し共振器が不安定となる（SiddlesSigg の不安定性）ために、光共振器に十分な光量を
溜められない事にある。そこで我々は、エアロゲル
と呼ばれる超低密度な物質を基材として利用した鏡
を開発し、輻射圧雑音の影響を観測に特化した装置
の開発を目指した。現在のところ誘電体多層膜の残
留応力が問題となっているため、金コーティングを
施した鏡の開発を行った。また、Siddles-Sigg の不安
定性を解消する実験構成として三角共振器を利用し
た自発的に安定な検出装置を提案し、その原理検証
に成功した [9, 12, 26]。
一般講演
[9] Nobuyuki Matsumoto, Yuta Michimura, Kenshi
Okada, Yoichi Aso, and Kimio Tsubono: Towards
the macroscopic quantum phenomena, GCOE International Symposium on Physical Sciences Frontier, GCOE (Dec. 2012, Japan).
[10] K. Shibata et al, Parametric Instabilities in KAGRA and ET, the ELiTES 1st meeting (Nov.
2012).
[11] T. Ushiba, Measurement of the thermal conductivity of sapphire fibers, ELiTES meeting (Oct. 2012).
[12] Nobuyuki Matsumoto, Yuta Michimura, Yoichi
Aso, and Kimio Tsubono: Interferometer as a
New Field of a Quantum Physics- the Macroscopic
Quantum System - , ELiTES Thermal Noise Workshop (Aug. 2012, Germany).
[13] Yuta Michimura, KAGRA Collaboration: BS
Thermal Lensing in KAGRA, ELiTES Thermal
Noise Workshop (Aug. 2012, Germany).
招待講演
(原著論文)
[14] Masaki Ando, DECIGO, Gravitational Waves:
New Frontier (Jan. 16-18, 2013, Seoul National
University, Korea)
[1] Y. Aso, K. Somiya and O. Miyakawa, Class. Quantum Gravity 29, 124008 (2012).
[15] Masaki Ando, TOBA: Torsion-Bar Antenna, Gravitational Waves: New Frontier (Jan. 16-18, 2013,
Seoul National University, Korea)
＜報文＞
[2] M. Ando, DECIGO Pathfinder, International Journal of Modern Physics D 22 1341002 (2013).
(会議抄録)
[16] Masaki Ando, Gravity and Gravitational-Wave
Physics, Global COE Symposium ’Development of
Emergent New Fields’ (Feb. 13, 2013, Kyoto University, Kyoto).
[3] H. Katori, et al, Prospects for frequency comparison of Sr and Hg optical lattice clocks toward
10−18 uncertainties, Frequency Control Symposium (FCS), IEEE International pp. 1-6 (2012).
[17] Y. Aso, Keeping an Interferometer at the Optimal Operating Point, The 3rd Japan-Korea Workshop on KAGRA (December 2012, Sogan University, Seoul).
[4] Ayaka Shoda et al, Search for a Stochastic
Gravitational-wave Background with Torsion-bar
Antennas, J. Phys.: Conf. Ser. 363 012017 (2012).
[18] Masaki Ando, Stray-Light Control in Interferometers, The 3rd Japan-Korea Workshop on KAGRA
(December 21-22, 2012, Sogang University, Seoul).
(国内雑誌)
[19] Y. Aso, A new way to see through the universe:
Gravitational Wave Astronomy, Japan Germany
Frontier of Science (JGFoS) symposium, Hotel
Steigenberger Sanssouci (October 2012, Potsdam,
Germany) .
[5] 瀬戸直樹，八木絢外，安東正樹, 宇宙レーザー干渉計
が切り拓く重力波天文学, 日本物理学会誌 68 (2013)
38.
5 重力波探査
86
[20] M. Ando, Space Gravitational-wave observatory:
DECIGO, The Fifth International ASTROD Symposium (July 12, 2012, Raman Research Institute,
India).
[33] 牛場崇文, 正田亜八香, 大前宣昭, 平松成範, 大塚茂巳,
麻生洋一, 鈴木敏一, 坪野公夫, 低温光共振器に向け
た低温システムの開発, 日本物理学会 2012 年秋季大
会（2012 年 9 月, 京都産業大学).
[21] M. Ando,
TOBA:
Torsion-Bar
Antenna,
GWADW2012 (May 17, 2012, Hawaii, USA).
[34] 道村唯太, 大前宣昭, 麻生洋一, 穀山渉, 安東正樹, 坪
野公夫: 光リング共振器を用いた片道光速の異方性探
査 II, 日本物理学会 2012 年秋季大会 (2012 年 9 月,
京都産業大学).
ポスター
[22] N. Ohmae, Y. Aso, A. Shoda, T. Ushiba, M.
Takamoto, and H. Katori: Stable lasers toward
10−17 stability with cryogenic cavity and 1-m-long
cavity, 5th International Conference on Untracold
Group II Atoms, (2012 年 10 月, NICT Japan).
(国内会議)
一般講演
[23] 坪野公夫, 時空のさざ波−重力波を求めて, 物理学教
室最終講義 (2013 年 3 月、東京大学、本郷).
[24] 坪野公夫, 波多野智, 池上健, 鈴木敏一, 麻生洋一, 大
前宣昭, 平松成範, 正田亜八香，牛場崇文, 柴田和憲,
三橋秀人, 稲場肇, 渡部謙一, 洪鋒雷, 低温光共振器を
用いた超高安定光源の開発 V, 日本物理学会 2013 年
年次大会 (2013 年 3 月、広島大学、広島).
[25] 正田亜八香，麻生洋一，大塚茂巳，大前宣昭，牛場
崇文，平松成範，坪野公夫, 超高安定化光源のため
の Hexapod 型能動防振装置の開発 II, 日本物理学会
2013 年春季大会，27aBE-2 (2013 年 3 月, 広島大学)
[26] 松本伸之、道村唯太、麻生洋一、坪野公夫: 三角共振
器を用いた量子輻射圧揺らぎ観測実験, 日本物理学会
第 68 回年次大会 (2013 年 3 月, 広島大学)
[27] 柴田和憲, 牛場崇文, 大塚茂巳, 八幡和志, 平松成範,
麻生洋一, 坪野公夫, 共振型振動子を用いたサブミリ
メートル領域における重力法則の検証 (7), 日本物理
学会 2013 年年次大会 (2013 年 3 月、広島大学).
[28] 牛場崇文, 渡辺篤史, 麻生洋一, 平松成範, 大塚茂巳,
大前宣昭, 正田亜八香, 坪野公夫, 低温光共振器に向
けた低温システムの開発 II, 日本物理学会 2013 年春
季大会 (2013 年 3 月、広島大学、広島).
[29] 道村唯太, 松本伸之, 大前宣昭, 麻生洋一, 穀山渉, 安東
正樹, 坪野公夫: 光リング共振器を用いた片道光速の
異方性探査 III, 日本物理学会第 68 回年次大会 (2013
年 3 月, 広島大学)
[30] 麻生洋一，宗宮健太郎，宮川治, 山元一広，道村唯太,
柴田和憲, 辰巳大輔, 阿久津智忠, 我妻一博, 西田恵里
奈，陳タン, 安東正樹, 新井宏二, 和泉究, 山本博章，
KAGRA Collaboration, 重力波検出器 KAGRA の
主干渉計開発 II, 日本物理学会第 68 回年次大会 (2013
年 3 月, 広島大学)
[31] 正田亜八香，麻生洋一，大塚茂巳，大前宣昭，牛場
崇文，平松成範，坪野公夫, 超高安定化光源のための
Hexapod 型能動防振装置の開発，日本物理学会 2012
年秋季大会 (2012 年 9 月, 京都産業大学).
[32] 柴田和憲, 牛場崇文, 大塚茂巳, 平松成範, 麻生洋一,
坪野公夫, 共振型振動子を用いたサブミリメートル領
域における重力法則の検証 (6), 日本物理学会 2012 年
秋季大会（2012 年 9 月, 京都産業大学).
[35] 麻生洋一，宗宮健太郎，宮川治, 山元一広，道村唯太,
柴田和憲, 辰巳大輔, 阿久津智忠, 我妻一博, 西田恵里
奈，陳タン, 安東正樹, 新井宏二, 和泉究, 山本博章，
LCGT Collaboration, 重力波検出器 KAGRA の主
干渉計開発, 日本物理学会 2012 年秋季大会 (2012 年
9 月, 京都産業大学).
[36] 坪野公夫, 波多野智, 池上健, 鈴木敏一, 麻生洋一, 大
前宣昭, 平松成範, 正田亜八香，牛場崇文, 柴田和憲，
三橋秀人, 稲場肇, 渡部謙一, 洪鋒雷, 低温光共振器を
用いた超高安定光源の開発 IV, 日本物理学会 2012 年
秋季大会 (2012 年 9 月、京都産業大学).
[37] 大前 宣昭, 麻生 洋一, 坪野 公夫, 正田 亜八香, 牛場
崇文, 平松 成範, 波多野 智, 三橋 秀人, 香取 秀俊: 低
温光共振器を用いた時計用周波数安定化レーザーの開
発 II, 日本物理学会 2012 年秋季大会, (2012 年 9 月,
横浜国立大学).
[38] 坪 野 公 夫,
重 力 波 プ ロ ジェク ト 報 告 KAGRA,DECIGO,DPF, RESCEU 夏の学校 (2012 年
7 月、裏磐梯休暇村、福島).
[39] 坪野公夫, スタートした KAGRA 計画, ビッグバンセ
ンター研究交流会 (2012 年 6 月、東京大学、本郷).
招待講演
[40] 安東 正樹, 重力波望遠鏡が拓く新しい天文学, 京都大
学基礎物理学研究所 談話会 (2013 年 3 月 8 日, 京都
大学)
[41] 安東 正樹, 重力波望遠鏡 かぐら (KAGRA) が拓く新
しい天文学, 国立天文台談話会 (2012 年 7 月 6 日, 国
立天文台 三鷹).
[42] 大前 宣昭, 山中 一宏, P. Thoumany, B. Christensen,
高本 将男, 金田 有史, 正田 亜八香, 牛場 崇文, 麻生
洋一, 香取秀俊: より高性能は光格子時計の実現に向
けて（水銀光格子時計，低温光共振器の開発)，電気
学会第 7 回精密周波数の発生と高精度分配のための次
世代回路技術調査専門委員会 (2012 年 6 月, NICT).
(セミナー)
[43] Yuta Michimura, Nobuyuki Matsumoto, Noriaki
Ohmae, Wataru Kokuyama, Yoichi Aso, Masaki
Ando, and Kimio Tsubono: Search for Anisotropy
in the One-Way Speed of Light Using an Optical
Ring Cavity, Forum for Prof. John L. Hall and
young research careers (Oct. 2012, Japan).
[44] K. Shibata, Parametric Instability, the ELiTES
thermal noise workshop, (Aug. 2012).
[45] Ayaka Shoda, ”Torsion-bar antenna for lowfrequency gravitational-wave detection, CaltechJPL Association for Gravitational Wave Research
Seminar (2012).
5.7. 巨視的振動子の量子測定
[46] Yuta Michimura, Nobuyuki Matsumoto, Noriaki
Ohmae, Wataru Kokuyama, Yoichi Aso, Masaki
Ando, and Kimio Tsubono: Search for Anisotropy
in the One-Way Speed of Light Using an Optical
Ring Cavity, LIGO Seminar (July 2012, USA).
87
88
6 宇宙素粒子物理学
——神岡鉱山における暗黒物質探索——
（蓑輪・井上)
蓑輪研究室では、
「宇宙」
・
「非加速器」
・
「低エネル
ギー」という切り口で、大型加速器を使わずに新し
い工夫により素粒子物理学を実験的に研究している。
6.1
PANDA – 原子炉ニュートリ
ノモニター
国際原子力機関（IAEA）が世界各地の原子力関連
施設で実施している現在の核不拡散保障措置は、原
子炉から放出される中性子のモニタリングや使用済
み核燃料のモニタリングなどの侵襲的な方法であり、
査察機関と査察対象国双方にとって負担が大きいこ
とが課題となっている。そこで反電子ニュートリノ
の検出技術を応用して非侵襲的なモニタリングを実
現しようと、世界の複数のグループにより研究開発
が進められている。反電子ニュートリノ検出器を用
いるモニタリング方法では、原子炉内で発生する反
電子ニュートリノを捉えることで、原子炉の運転状
況を外部から把握することができる。ニュートリノ
は透過性が極めて高く、また代替のニュートリノ源
を用意することが困難であることから、保障措置の
新技術として期待されている。
さらに、ウランとプルトニウムでは生成エネルギー
あたりのニュートリノ放出数が異なることを利用す
れば、原子炉内でウランが燃焼してプルトニウムが
作られる過程も追跡することができる。これにより、
正当な申告なしにプルトニウムを抜き取ることがな
いかの監視ができるようになる。
我々のグループでは、原子炉モニタリングへの応
用を目的として可搬性の反電子ニュートリノ検出器
PANDA（Plastic Anti-Neutrino Detector Array）の
開発を行っている。PANDA はターゲット部分に可燃
性の液体シンチレータでなく不燃性のプラスチック
シンチレータを使用しており、高い安全性が求めら
れる原子力発電所に持ち込む際には大きなメリット
となる。またトラックや貨物輸送用コンテナに積載し
た状態で移動および測定が可能である点も PANDA
の特長である。同一の検出器を用いて複数の原子炉
で測定を行うことができるため、燃料組成比の異な
る核燃料を使用している複数の原子炉に設置するこ
とで、それぞれの原子炉におけるニュートリノスペ
クトルの違いを観測することが可能であると考えて
いる。
原子炉で発生した反電子ニュートリノがプラスチッ
クシンチレータ中の陽子と反応すると、逆 β 崩壊に
より陽電子と中性子が発生する。陽電子はシンチレー
タにエネルギーを落としながら短距離を移動し、そ
の後シンチレータ中の電子と対消滅して 2 本の γ 線
を放出する。一方、中性子はシンチレータ中で繰り
返し散乱しエネルギーを十分に失った後、ガドリニ
ウムよって吸収され合計約 8MeV の γ 線を放出する。
陽電子と中性子によるこの 2 つの信号の時間差（平
均 60µs 程度）を利用することで、バックグラウン
ドの影響を大幅に減らすことができる。PANDA は
10cm×10cm×100cm の棒状プラスチックシンチレー
タにガドリニウム含有フィルムを巻きつけたものを
モジュールとして、そのモジュールを縦横に 10 本
×10 本の計 100 本を積み重ねた構造である。我々の
グループは現在までに、モジュールを 16 本使用した
第 1 次プロトタイプ lesserPANDA、36 本使用した
第 2 次プロトタイプ PANDA36、64 本使用した第 3
次プロトタイプ PANDA64（図 6.1）の 3 つのプロト
タイプ検出器を開発してきた。
図 6.1: 第 3 次プロトタイプ検出器 PANDA64
2011 年度に第 2 次プロトタイプである PANDA36
を関西電力大飯発電所の 2 号機近傍に設置して約 2ヶ
月間ニュートリノ測定を行った結果、原子炉稼働中
（ON）と停止中（OFF）にニュートリノ由来だと思
われるイベント数の差を確認したが、2012 年度はさ
らに測定結果についてセレクションの最適化と、得
られたニュートリノイベント数の系統誤差の見積り
を行った。系統誤差の見積りは陽電子及び中性子線
源を用いた測定とモンテカルロシミュレーションの
結果を比較することで行い、この見積りによって原
子炉 ON/OFF でのニュートリノイベント数の変化
から環境要因の中性子イベントの寄与を減算する際
の系統誤差を得た。結果として大飯発電所における
PANDA36 を用いた測定では、原子炉 ON/OFF に
伴う 1 日当りのニュートリノイベント数の変化の確
度は 2σ であったことが分かった。
PANDA36 で得られた結果の解析後、第 3 次プ
ロトタイプである PANDA64 の開発を開始した。
PANDA36 からモジュール数が倍程度になったこと
に伴い、検出器からコンピュータへのデータ転送速
度の不足が予想されたため、データ取得系の改良を
6.2. Sumico, アクシオンヘリオスコープ実験と Hidden photon 探索実験
行った。128 本の光電子増倍管のうち有意に発光し
たものについてのみデータを転送するよう、各増倍
管ごとの適当なデータ転送の閾値を測定開始時に求
め、ADC に設定されるようプログラムした。この改
良によって PANDA36 より高いイベントレート下で
の測定が可能になった。さらにコインシデンスロジッ
クなどを担当する 2 台の FPGA モジュールの動作ロ
ジックおよび動作周波数を改善し、データ取得プロ
グラムについても解析時間の短縮などの目的で再設
計を行った。
図 6.2: 貨物輸送用コンテナに積載された PANDA64
開発した PANDA64 は現在、理学部 4 号館脇に設
置した貨物輸送用コンテナに積載され、温湿度の変
化や検出器の状況をモニタリングしながら試験測定
を行っている（図 6.2）。PANDA36 はシールドを設
置せずバックグラウンドに苦しんだため、PANDA64
では検出器を全面取り囲むように厚さ 24cm の水シー
ルドを設置した。シールドの設置前後でバックグラ
ウンドである高速中性子および環境 γ 線を比較した
ところ大幅な減少が確認された。
今後は、十分な試験測定を行ったのち商業用原子
炉の近傍でニュートリノ測定を行うことを予定し
ている。PANDA64 を PANDA36 と同じく熱出力
3.4GWth の原子炉炉心から 35.9m の位置に設置し
た場合、原子炉 ON/OFF の 1 日当りのニュートリ
ノイベント数の差を 2 日以内に 3σ の確度で確認で
きる見込みである。
また、近年、近距離での原子炉ニュートリノ検出
率のわずかな欠損 (reactor antineutrino anomaly) な
どによって示唆される、∆m2 ∼ 1 eV2 を持つ第 4 番
目の sterile neutorino（不活性ニュートリノ）の存在
が疑われている。もし小型の炉心を持つ原子炉の近
くに PANDA を設置出来れば、このような短い振動
長の sterile neutrino の存在を検証できるデータが得
られる可能性がある。外国の原子炉も含めて、この
ような実験のできる原子炉での neutrino 振動実験を
行いたいと考えている。
6.2
89
Sumico, アクシオンヘリオス
コープ実験と Hidden photon 探索実験
強い相互作用の理論である量子色力学 (QCD) に
は実験事実に反して CP 対称性を破ってしまう問題、
強い CP 問題があることが知られている。アクシオ
ン (axion) 模型はこの問題を解決するものとして期待
されているが、それには模型が予言する擬南部ゴー
ルドストンボソンであるアクシオンの発見が不可欠
である。しかし、今のところこの素粒子はいかなる
実験、観測によっても発見されていない。アクシオ
ンは小さい質量を持った中性擬スカラーボソンであ
り、物質や電磁場とはほとんど相互作用しないと考
えられている。
我々は太陽由来の太陽アクシオンを捉えるために、
中心磁場 4 T、長さ 2.3 m の超伝導コイルと PIN
フォトダイオード X 線検出器を備え、仰角 ±28◦ 、
方位角はほぼ全域において天体を追尾することので
きる東京アクシオンヘリオスコープ (Tokyo Axion
Helioscope、愛称 Sumico) を開発した。この装置は、
太陽起源のアクシオンを磁場領域で光子へと変換 (逆
プリマコフ変換) し、その光子を PIN フォトダイオー
ドで捉えるものである。また、磁場領域に He ガス
を導入することで質量を持ったアクシオンに対して
感度を持たせることができる。
Sumico は 、CERN で 稼 働 中 の 同 様 の 装 置
CAST(CERN Axion Solar Telescope) より 6 年先
行して実験結果を発表しており、アクシオンの質量
ma = 1 eV 近傍で世界で初めて QCD アクシオンの
パラメータ領域の探索に成功している。
現在は、その太陽追尾装置を利用して、hidden photon 探索実験を行なっている。
Hidden photon 探索実験
概要
Hidden photon とは、標準理論の SU(3)×SU(2)×
U(1) 対称性の外の「隠れた」U(1) 対称性に対応す
るゲージボソンのことである。このような追加の対
称性は、標準理論を拡張する多くの模型において出
現する。
この hidden photon は通常の光子との間に kinetic
mixing を持ち、Stückelberg 機構などにより質量を
もつ可能性がある。この場合、hidden photon と通
常の光子との間でニュートリノ振動と同様の振動が
生じる。
我々の研究室ではこの振動現象を用いた hidden
photon 探索を行っている。強力な hidden photon
源である太陽から飛来する hidden photon を実験室
内の真空容器で光子へと変換し光検出器で捕らえる。
同様の方法で DESY の SHIPS グループも測定を目
指しているが、我々はそれに先駆け、世界で初めて
太陽 hidden photon 観測を行った [2]。この測定では
6 宇宙素粒子物理学
90
hidden photon のシグナルは得られず、このことか
ら光子と hidden photon の混合パラメータ χ に対
する制限をつけた（図 6.3）。
これらの改良により図 6.3 の実線部までの範囲が
観測可能となる。
バックグラウンド測定手法
上述の測定では、温度変化による光検出器のダー
クカウントレート変動により、大きな系統誤差が生
じていた。測定装置の光検出器 (PMT) は温度制御
せずに室温で用いていたが、換気等により室温が変
動することでカウントレートが変化してしまう。太
陽追尾時とバックグラウンド測定時のカウントレー
トを引き算することで hidden photon のシグナルを
得るため、このダークカウントレート変動が大きな
系統誤差の要因となった。
これを改良するため、シャッター、首振りという
二つの手法でのバックグラウンド測定について検討
を行った。シャッターは光路を遮断することにより、
また首振りは検出器の方向を太陽からずらすことに
よって、それぞれバックグランド測定が可能となる。
太陽追尾測定／バックグランド測定を十分短い時間
で繰り返すことによって、温度変化の影響を無視す
ることができる程度まで減らすことができる。
シャッターについては問題が生じ、使うことがで
きないことがわかった。予備実験を行った結果、集
光を行うための放物面鏡に用いられているアルミニ
ウムが光を発していることが判明し、それが測定に
影響を及ぼすことが見積もりの結果明らかになった。
現在ではその原因と、銀などのアルミニウム以外の
材質を用いた場合の影響について調査を行っている。
首振りについては予備測定の結果問題がないこと
が分かった。Hidden photon 探索装置は Sumico にマ
ウントすることで太陽追尾能力を得ている。Sumico
ではこれまで首振り測定を行ったことがなかったた
め、ソフトウェアの開発・動作検証を行った。
測定装置の改良
現在我々は hidden photon 探索装置の感度向上に
向け、放物面鏡の巨大化および新しい光検出器の導
入を検討している。
放物面鏡は現在使用している直径 50cm のものか
ら直径 100cm のものに拡張する予定であり、これに
合わせ真空容器も新たに作る必要がある。しかし真
空容器を巨大化した場合、その大きさのため Sumico
に搭載することが出来なくなる。このため我々は新
たな経緯義の購入などを検討している。
光検出器においては高量子効率、低ダークカウン
トのものが求められる。例えば ET-Enterprises 社の
9893-350B という PMT は現在用いている浜松ホト
ニクス社の PMT(R3550P) より量子効率が高く、ま
た冷却を行うことでダークカウントも低くなること
が SHIPS グループが行った試験測定から報告されて
いる。特にダークカウントレートは現在用いている
PMT よりも一桁近く低くなるため、大いに感度向上
が期待される。
図 6.3: 2010 年度における測定により得られた χ の
上限値（present）および改良した場合に期待される
観測可能範囲 (planned)。塗りつぶされた領域は他グ
ループの実験、考察によって否定された領域。
Hidden photon ダークマター探索
現在様々な研究グループにより WIMP ダークマ
ター（暗黒物質）の探索が行われているが、axion
や hidden photon のような WISP(Weakly Interacting Slight Particles) もダークマターの候補である。
WISP は質量が軽く、WIMP のように原子核反跳を
用いた測定手法を使うことができない。代わりに通
常の光子との混合を用いて探索を行うことになり、
WIMP 探索とは全く違った実験装置が必要となる。
混合は極めて弱いため、何かしらの手法を用いて S/N
比を向上させる必要があり、これまでに axion ダー
クマターの探索を行っている ADMX のように resonant cavity を用いる方法の他、新たに dish antenna
を用いる手法が提案されている。
我々の研究室ではこの dish antenna による手法で
hidden photon ダークマターの探索を計画している。
＜報文＞
(原著論文)
[1] Y. Kuroda, S. Oguri, Y. Kato, R. Nakata, Y. Inoue, C. Ito, M. Minowa: A mobile antineutrino
detector with plastic scintillators, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A,
690 (2012), 41-47, arxiv:1206.6566 [hep-ex].
[2] T. Mizumoto, R. Ohta, T. Horie, J. Suzuki, Y. Inoue, M. Minowa: Experimental search for solar
hidden photons in the eV energy range using kinetic mixing with photons, arXiv:1302.1000 [astroph.SR].
6.2. Sumico, アクシオンヘリオスコープ実験と Hidden photon 探索実験
(学位論文)
[3] 小栗秀悟: Reactor neutrino monitoring with a plastic scintillator array as a new safeguards method、
平成 24 年 7 月博士（理学）、東京大学大学院理学系
研究科物理学専攻.
[4] 鈴木惇也: Hidden photon 探索手法改善に向けての
研究、平成 25 年 3 月修士 (理学)、東京大学大学院理
学系研究科物理学専攻.
＜学術講演＞
(国際会議)
91
[15] 加藤陽: 小型反電子ニュートリノ検出器 (PANDA) に
よる原子炉モニタリング [2] 検出器の改良に向けた
検討、日本物理学会 2012 年秋季大会、京都産業大学
2012 年 9 月 13 日.
[16] 富田望: 小型反電子ニュートリノ検出器 (PANDA) に
よる原子炉モニタリング [3] PANDA64 へ向けての
DAQ の改良、日本物理学会 2012 年秋季大会、京都
産業大学 2012 年 9 月 13 日.
[17] 富田望: 原子炉モニタリングのための小型ニュートリ
ノ検出器 PANDA64[1]、日本物理学会第 68 回年次大
会、広島大学 2013 年 3 月 26 日.
一般講演
[18] 加藤陽: 原子炉モニタリングのための小型ニュートリ
ノ検出器 PANDA64[2]、日本物理学会第 68 回年次大
会、広島大学 2013 年 3 月 26 日.
[5] Y. Kuroda: Reactor On/Off Monitoring with a
Relatively Small and Mobile Plastic Anti-neutrino
Detector Array (PANDA), Neutrino2012, Kyoto
TERRSA, Japan, 5 June 2012.
[19] 堀江友樹: 太陽 hidden photon 探索 (1) シャッター
を用いたバックグラウンド測定について、日本物理学
会第 68 回年次大会、広島大学 2013 年 3 月 28 日.
招待講演
[6] Y. Kuroda: Reactor On/Off Monitoring with
a Prototype of Plastic Anti-neutrino Detector
Array (PANDA), AAP2012(Applied Antineutrino
Physics workshop 2012), the University of Hawaii
Manoa Campus, U.S.A., 4 October 2012.
[7] M. Minowa: Axion Hunting, AIU2012 (Accelerators In the Universe 2012) Axion Cosmophysics,
KEK, 6 November 2012.
[8] M. Minowa: Reactor Monitoring, Neutrino Geoscience 2013, Takayama, 22 March 2013.
(国内会議)
一般講演
[9] 蓑輪 眞: Axion と光、ビッグバンセンター研究交流
会、東京大学 2012 年 06 月 14 日.
[10] 井上慶純: Sumico experiment —Tokyo axion helioscope—、物理学教室ランチトーク、東京大学 2012 年
6 月 15 日.
[11] 蓑輪 眞: Reactor antineutrino measurement at Ohi
power plant、RESCEU サマースクール、「第 12 回
宇宙における時空・物質・構造の進化」研究会・‘Dark
Energy in the Universe’ サマースクール、福島県耶
麻郡「休暇村 裏磐梯」、2012 年 7 月 27 日.
[12] 鈴木惇也: 太陽 hidden photon 探索 (1) hidden photon 探索の現状日本物理学会 2012 年秋季大会、京都
産業大学 2012 年 9 月 11 日.
[13] 堀江友樹: 太陽 hidden photon (2) 新たな探索装置
の開発、日本物理学会 2012 年秋季大会、京都産業大
学 2012 年 9 月 11 日.
[14] 黒田康浩: 小型反電子ニュートリノ検出器 (PANDA)
による原子炉モニタリング [1] 関西電力大飯発電所に
おけるニュートリノ測定結果、日本物理学会 2012 年
秋季大会、京都産業大学 2012 年 9 月 13 日.
[20] 鈴木惇也: 太陽 hidden photon 探索 (2) 新しいバッ
クグラウンド測定手法を用いた探索日本物理学会第
68 回年次大会、広島大学 2013 年 3 月 28 日.
セミナー
[21] 蓑輪 眞：安価な食品放射能測定器、東日本大震災復
興支援哲学会議 哲学ランチ、東京大学 2012 年 7 月
12 日.
92
7 飛翔体を用いた宇宙
観測
——宇宙からのＸ線、ガンマ線、反物質粒
子を捉える——（牧島・山本 (明)・平賀)
7.1
7.1.1
衛星を用いたＸ線・γ線観測
宇宙Ｘ線の発見 50 年
2012 年度は、V. Hess による宇宙線の発見の 100
周年 [42] であると同時に、R. Giacconi (2002 年に小
柴名誉教授と同時にノーベル物理学賞を受賞) らが宇
宙Ｘ線を発見してから、50 周年にも当たる [40, 68]。
このため 国際的 [49, 53, 54, 55, 56, 62] にも、国内
でも [66, 67, 68, 122]、さまざまな記念シンポジウム
や講演会が開催された。
7.1.2
科学衛星の運用と稼働状況 [117]
宇宙Ｘ線衛星「すざく」
2005 年 7 月 10 日に打ち上げられた宇宙Ｘ線衛星
「すざく」は、観測の７年目に入った。放射線損傷に
より太陽電池の出力が、徐々に低下しつつあるが、
搭載されたＸ線 CCD カメラ (XIS; X-ray Imaging
Spectrometer) と硬Ｘ線検出器 (HXD; Hard X-ray
Detector) は、順調に稼働を続けている。我々は本年
度も、衛星および HXD の運用を支援し、搭載装置
の較正を続行し [1]、観測データの解析を進めた。
国際宇宙ステーション搭載 MAXI
2009 年夏に国際宇宙ステーション日本実験棟「き
ぼう」の曝露部に搭載された全天Ｘ線監視装置 MAXI
(Monitor of All-sky X-ray Image) は、理研、JAXA、
東工大、青学大、日大、京大、中央大、宮崎大などに
より、少くとも 2014 年度末まで運用が続けられる。
牧島は引き続き、理研・基幹研究所に所属する MAXI
チームのチームリーダーを非常勤で兼務した。東大
理学系研究科は、MAXI に直接に参加してはいない
が、「すざく」と MAXI の相補性を活かすべく、両
者の連携を支援している [69]。
後継機 ASTRO-H
「すざく」後継機 ASTRO-H は、2015 年度に打ち
上げが設定され、現在その開発と建造が進んでいる。
§7.1.8 に詳しく述べるように、本センター Project 7
はそれに全面的に参加している。
図 7.1:
Suzaku spectra of Cyg X-1 in the High/Soft
state. Dark and light gray indicate the data when the
5–10 keV intensity is higher and lower than the average,
respectively. Black shows their difference [54].
7.1.3
質量降着するブラックホール
ブラックホール (BH) に物質が吸い込まれる際は、
静止質量エネルギーの ∼ 10% が外界に放射される。
降着物質は、∼ 0.01 keV から ∼ 100 MeV まで、広
範囲なエネルギーをもつことができ、その放射は光
子エネルギーにして５桁以上にもわたる。
恒星質量ブラックホール
「はくちょう座 X-1」(Cyg X-1) は、1970 年代半
ばに小田稔らの観測にもとづき、ブラックホールと
して認定された最初の天体で、質量降着する恒星質
量 BH の代表格である。鳥井、牧島らは理研の山田
らと協力することで、今年度は３編の論文を出版す
ることができ [5, 6, 7]、結果の一部を、理研主導/東
大副主導で、新聞記者発表した [127]。
ソフト状態では Cyg X-1 の放射の大部分は、円盤
からの多温度黒体放射で説明できるが、硬 X 線まで
伸びるハードテールの起源は不明である。そこで鳥
井らは「すざく」で Cyg X-1 のソフト状態を観測
したデータを用い、5–10 keV 以上で強度が平均以上
の時と、それ以下の時のスペクトルを求めたところ、
両者の差分スペクトルは、元のスペクトルと形が 5
keV 以上でほぼ一致した (図 7.1)。よって差分成分
は、ハードテール自身である可能性が高く、それは
円盤放射が非熱的な電子雲によりコンプトン化され
たモデルで、再現できた [54, 75, 89]。
巨大ブラックホールと活動銀河核
銀河の中心にある巨大 BH にガスが降着すると、
活動銀河核 (AGN) となる。AGN では円盤放射が、
星間吸収の強い真空紫外領域に来るため、複雑なス
ペクトル成分を切り分けることが難しい。この手詰
まり状態を打開すべく野田らは、
「すざく」で得た広
帯域のスペクトルを、変動を手掛かりに成分分解す
る、C3PO (Count Count Correlation with Positive
Offset) と呼ぶ手法を開発した。その結果、謎だった
「軟 X 線超過現象」が、コンプトンコロナの非一様
性に起因することを立証した [3, 121]。野田らはこ
7.1. 衛星を用いたＸ線・γ線観測
1.7
Γ
1.8
1.9
ることを発見した [64, 76, 98]。こうした「低温で濃
密なコンプトン大気」は、広く見られる概念である
可能性があり、ASTRO-H の良い観測指針となると
期待される [51]。
1.6
の方法を NGC 3516 の 3– 45 keV の広帯域放射に
適用し、図 7.2 のように、遠方の中性ガスによる反
射成分（鉄の蛍光輝線を伴う）を時間変動のみから
抽出することにも成功し [53, 60, 83, 116]、さらにこ
のバンドで、硬く吸収された形をもち、変動の遅い、
新しい成分を発見した [63, 94]。その正体の究明は、
ASTRO-H (§7.1.8) の重要な研究テーマである。
野田らは、NGC 3516 を 2013 年度に６回にわけ、
合計 300 ksec にわたり「すざく」で観測する提案を
行い、採択された。さらに東大天文センターなどの
協力を得て、名寄市「ピリカ」、東大木曽シュミット、
東工大 MITSuME、西はりま「なゆた」、広島「か
なた」など中口径の可視光望遠鏡を総動員し、
「すざ
く」と同時観測を行う計画も立ち上がった。
2011 年 11-12 月、代表的セイファート銀河である
NGC 4515 が大増光し「すざく」で緊急観測された。
表らが広島大学や理研と協力し、そのデータを、2006
年の静穏期と比較しつつ解析した結果、連続成分は
４倍に増光したが、鉄輝線や反射成分の強度は、３
割程度の増加にすぎないことがわかった。よってこ
れらの２次成分は、中心 BH から遠く離れた領域で
発生していると考えられる。明るい時のスペクトル
には、相対論的に広がった鉄輝線が確認されたが、そ
の等価幅は遠方でのものの半分程度で、発生源とな
る円盤の内縁半径も、重力半径の > 14 倍であるこ
とが判明した [84, 104]。
93
1.2
1.3
1.4
L X (×1040 erg/s)
1.5
図 7.3:
The luminosity dependence of the Comptonized spectral slope of the ULX object Holmberg XI
X-1, observed with Suzaku on two occasions. Filled circles indicate the data in 2012 April, while open circles
those in 2012 October. On both occasions, the source
exhibited intra-day variations [64].
7.1.4
中性子星の研究 [49, 50, 65, 67, 91]
中性子星 (NS) は、原子核物理学と密接に関係す
る。それらの磁場は B = 108−15 G という広範囲に分
布し、核物質の性質を反映する重要な現象である。牧
島は NS の磁場が、中性子の核磁気モーメント整列に
よる強磁性の発現であると提唱している (Makishima
+1999) [36, 49, 50, 65, 66, 67, 68, 117, 122]。我々は
ASTRO-H (§7.1.8) への継承を念頭に、様々な磁場
強度をもつ NS を、「すざく」により研究している。
図 7.2: νF ν spectra of the Syefert galaxy NGC 3516,
obtained with Suzaku. The variable (light gray) and
invariant (black) components, derived with the novel
C3PO method, were described successfully by respective physical models, of which the sum can explain the
total spectrum (dark gray) [10].
ULX 天体
近傍銀河に見られる ULX 天体 (Ultra-Liminous Xray Sources) は、恒星質量 BH と巨大 BH の間を結ぶ、
「中質量 BH」の候補として注目される (Makishima
+ 2000)。小林らは宇宙研の磯部と協力し、典型的
な ULX 天体 Holmberg IX X-1 の「すざく」データ
を解析した。その結果 、柔い円盤放射と、円盤光子
が低温 (∼ 3 keV) で濃密 (光学的厚み ∼ 10) なコロ
ナでコンプトン化された硬い成分との和で、0.5–10
keV のスペクトルを説明できた。また図 7.3 のよう
に、光度が上がるとコンプトン成分の傾きが急にな
磁場の弱い中性子星
弱磁場 (B < 109 G) の NS が低質量の恒星と連星
系をなすものを、LMXB (Low-Mass X-ray Binary)
と呼ぶ。降着流の挙動は BH の場合に似るが、NS の
硬い表面が存在することで、BH との違いが生じる。
櫻井らは昨年に続き、トランジェント LMXB の代
表例 Aql X-1 の「すざく」データを解析し [2]、中性
子星表面からの黒体放射の半径が、光度とともに変
化することを発見した [56, 70, 72]。光度が高いソフ
ト状態では、光学的に厚く幾何学的に薄い標準降着
円盤が接する、NS の赤道面付近から、黒体放射が放
射される。光度が下がりハード状態になると、円盤
は光学的に薄く幾何学的に厚い高温コロナ流へと遷
移し、NS 表面にほぼ等方的に降着するが、光度がよ
り下がると放射領域は小さくなる。このときのスペ
クトルを図 7.4 に示す。これは弱い磁気圏が頭をも
たげ、降着流が南北の磁極に絞られる結果と解釈さ
れ、Ｘ線のパルス検出が期待される。
7 飛翔体を用いた宇宙観測
94
浅い 0.6 秒のパルスと周期的ディップを示す X 線源
4U 1822−37 は従来、LMXB と考えられてきた。
「す
ざく」データを解析した笹野らは、そのスペクトル
(図 7.5) が弱磁場 NS (4U 1916-053 など) のものとは
異なり、Ｘ線パルサー (GRO J1008−57 など) のも
のと似ることに気づき、さらに ∼ 30 keV に CRSF
の兆候を発見した。よって 4U 1822−37 は、強磁場
NS と低質量星が連星をなす希少例の可能性が高い。
図 7.4:
A Suzaku spectrum of Aql X-1 in the hard
state. The soft X-ray hump can be identified with
optically-thick thermal emission from the NS surface,
while the hard continuum can be interpreted as its
Comptonization [56].
2012 年 11 月に来日した学振外国人特別研究員の
Zhang Zhongli (張仲莉）は、LMXB のコロナの形
状を測定すべく、周期的ディップ現象を示す LMXB
(円盤を横から見ている) を研究している。その典型
例である 4U 1916−053 から「すざく」が得た 0.5–50
keV スペクトル（図 7.5) は、LMXB のソフト状態の
モデルにおいて、円盤成分と NS 表面成分をともに
強くコンプトン化することで再現できた。これはコ
ロナが円盤に沿って扁平に広がることを示唆する。
同様な例として櫻井らは、MAXI が発見した新天
体 MAXI J0556−332 の性質を知るべく、理研の杉崎
らと協力して、米国 RXTE のデータを解析した。そ
の結果、やはり強いコンプトン効果を確認した [96]。
この天体も円盤をかなり横から見ていると考えられ
るので、4U 1916−053 の結果と整合する。
鳥井らは、「すざく」で得られた GS1826-238 の
データを解析した。「ぎんが」衛星により 1988 年に
発見されたこの LMXB は、常にハード状態にある。
「すざく」の広帯域スペクトルは、２種類の光学的に
厚い放射が、同一の電子雲でコンプトン化されたとし
て説明できた [97]。よってこの天体は 4U 1916−053
と同様な状況にあるか、この天体の光度がエディン
トン光度の 5–10%であることから、ハード状態とソ
フト状態の中間的な状態にあるのかもしれない。
Ｘ線パルサーとサイクロトロン共鳴吸収構造
B ∼ 1012 G の強磁場 NS に、連星の相手の星から
ガスが降着すると、降着型Ｘ線パルサーとなる。それ
らのＸ線スペクトル中には、しばしば電子サイクロ
トロン共鳴に基づく構造 (CRSF) が現れ、磁場計測
の切り札となる。埼玉大などと協力した 4U 1626−67
の研究では、通常は吸収線となる CRSF が、特定の
パルス位相で、輝線に転じる兆候を見出した [11]。
MAXI により 2012 年 11 月、Be 型主星をもつ再
帰パルサー GRO J1008−57 のＸ線増光が検知され、
「すざく」で緊急観測された。笹野らは理研の山本
や三原とともにそのデータを解析し、∼ 80 keV に
CRSF を発見した (図 7.5)。得られた磁場 7 × 1012
G は、この方法で測定された値の最高記録である。
図 7.5: Suzaku νF ν spectra of the magnetar 4U 0142
+61, and four accreting NS binaries. 4U 1916−053 is a
dipping LMXB, GRO J1008−57 is a recurrent transient
Be-binary pulsar, 4U 0114+65 is a long-period pulsar,
and 4U 1822−37 is a dipping binary consisting of a lowmass star and a possibly strongly magnetized NS [61].
超長周期パルサーと SFXT 天体
一群のＸ線パルサーは数百∼1 万秒の長いパルス
周期をもち、激しく変動する。その例として笹野らが
解析中の 4U 0114+65 (自転周期 ∼ 1 × 104 sec) のス
ペクトルは、図 7.5 のように、Ｘ線パルサー (GRO
J1008−57 や 4U 1822−37) のものに比べ高エネル
ギーでの折れ曲がりが弱く、> 40 keV で再上昇す
る兆候を示す [80]。このようなスペクトルは、SFXT
(Supergiant Fast X-ray Transient) と呼ばれる硬Ｘ
線天体にも共通に見られ [61]、その解釈は今後の魅
力的な課題である。これら NS は通常のＸ線パルサー
より強い、B ∼ 1013 G の磁場をもつ可能性があり、
磁気半径が大きいために自転周期が遅く、磁気面に
蓄えられた大量の物質が間欠的に NS へと落下する
ことで、激しい変動が生じると想像される。
マグネター天体
銀河系やマゼラン雲にある 20 個ほどのＸ線源は、
1014−15 G の超強磁場をエネルギー源としてＸ線を
放射する特殊な NS、「マグネター」と考えられる。
図 7.5 の 4U 0142+61 のように、マグネターはどれ
も硬軟２成分から成る特異なスペクトルを示すこと、
老齢な天体ほど硬成分の強度が下がるが、その傾き
は硬くなることなどが、
「すざく」の観測で明らかに
になった [48, 65]。
7.1. 衛星を用いたＸ線・γ線観測
95
我々は理研の岩橋、榎戸らと協力し、マグネター
1E 1547−54 の静穏時の「すざく」データを解析し
た結果、HXD 装置でハード成分が検出され、ハー
ド成分とソフト成分の光度比は、2009 年１月の活
動期に測定された値と大きく違わないことが検証さ
れた [4, 78]。また早大の中川らと協力し、活動期の
1E 1547−54 の弱いバーストから、定常放射と同様
なハードテールを検出し [19]、バーストと定常放射
の類似性を強化できた。
今年度は理研の榎戸らと協力し、「すざく」HXD
で観測した 4U 0142+61 の 8.7 秒の硬 X 線パルスを
調べたところ、1.5 時間の周期でその位相が、±0.7
秒ほど前後に動く効果を発見した [99]。これは NS の
自由歳差運動の結果と解釈でき、内部に B ∼ 1016 G
のトロイダル磁場が存在する結果、NS の慣性モーメ
ントが磁気軸回りではそれに直交する軸回りに比べ、
∼ 1.6 × 10−4 だけ小さいと考えると説明できる。
7.1.5
超新星残骸および中心天体 [91]
超新星残骸 (SNR) は、重い星の進化の終点として、
重元素の合成とその星間空間への還元の現場として、
宇宙での衝撃波やそれい伴うプラズマ加熱の例とし
て、また宇宙線など非熱的粒子の加速源として、重
要である。SNR に付随する NS の有無も、未解決の
部分が多い。平賀、中野、村上らは、理研の勝田ら
と協力し、「すざく」による SNR の研究を進めた。
ASTRO-H 衛星 (§7.1.8) は、優れた軟 X 線のエネル
ギー分解能や、硬 X 線での撮像能力を活かし、これ
らの成果を継承し飛躍的に発展させると期待される。
SNR からの非熱的放射
平賀らは、Vela Jr. として知られる、非熱的Ｘ線
の強い SNR を、XMM-Newton 衛星の公開データを
用い詳しく研究した [20]。場所による非熱的Ｘ線ス
ペクトルの変化は、それを相対論的電子のシンクロ
トロン冷却によるもとの解釈でき、磁場強度は数十
µG 以下と推定された。また高エネルギーガンマ線
の未同定天体 HESS J1427−608 を「すざく」で観測
した結果、その位置に広がった非熱的なＸ線源を検
出した [9]。これはパルサー風星雲、もしくは非熱的
な SNR である可能性がある。
G330.2+1.0 と呼ばれる SNR は不完全なシェルを
もち、
「あすか」により、非熱的Ｘ線が強いことが知
られていた。
「すざく」のデータを解析した村上らは、
シェル南西部のＸ線で明るい部分は、光子指数 ∼ 2.2
の非熱的スペクトル (おそらくシンクロトロン放射)
を示すことを確認し、中心より東側の明るいスポッ
トからは図 7.7 のように、熱的Ｘ線放射を検出した
[82]。膨張する SNR シェルの運動エネルギーが、プ
ラズマ加熱と粒子加速にどう分岐するかは、大きな
謎であり、ASTRO-H で大きく理解が進むと期待さ
れる [52]。
G330.2+1.0 の中心には、Ｘ線の点源が存在する
(パルスは未発見)。村上らはそのスペクトルが、マ
グネター (図 7.5 の 4U 0142+61 など) の軟 X 線成
分と似ることを見出した [100]。強いトロイダル磁場
と弱い双曲子磁場をもつ、マグネターかもしれない。
図 7.6:
(top) A mosaic X-ray image of the SNR,
CTB109, obtained with Suzaku in four pointings. The
magnetar 1E 2259+586 is seen at the center. (bottom)
An X-ray spectrum of CTB109, with rich emission lines
from ionized heavy elements. Both from [55].
CTB109 と中心マグネター 1E 2259+586
中野らは 2011 年 12 月に得た、CTB109 の「すざ
く」XIS データを解析した。この SNR は特異な半月
形 (図 7.6 上) をもち、中心にマグネター 1E2259+586
を擁す。スペクトル (図 7.6 下) は熱的で、顕著な輝
線を示し、温度 0.28 keV と 0.65 keV の２温度プラ
ズマ放射で再現できた。重元素アバンダンスはほぼ
太陽組成で、電離非平衡の兆候は弱く、爆発エネル
ギーは ∼ 1051 erg s−1 、年齢は 2–3 万年と推定され
た [55]。このように CTB109 は、重力崩壊型 SNR と
して典型的で、マグネターを生んだ手掛かりとなる
特異性は乏しい。ただし半月形の右縁では、吸収の
増加を伴わずＸ線輝度が急減しており、謎であった。
中野らは「すざく」データを調べた結果、輝度がほぼ
一様な部分と、その半分の部分の存在に気づき、膨
張する SNR シェルが巨大分子雲に衝突し、向こう側
のシェルが分子雲の背後に回り込むと、輝度が半分
になるとして、謎を解決した [81]。
残る問題は、CTB109 の推定年齢が 1E2259+586
の特性年齢（23 万年) より、大幅に若いことだった。
中野らは、磁場の減衰を考え再計算すると、マグネ
ターの特性年齢はずっと若くなり、この問題が解決で
きると論じた [55]。これは、マグネターが真の磁気駆
動 NS であることを支持し、マグネターが従来の理解
7 飛翔体を用いた宇宙観測
96
より若いこと、それらの誕生率はきわめて高く、むし
ろ ∼ 1012 G の磁場をもつ NS より、マグネターの方
が多く誕生する可能性まで示唆する [55, 65, 67, 48]。
我々はこの可能性を検証する一環として、磁気活動
を終えつつあるマグネターの末裔を探査すべく、
「あ
すか」銀河面サーベイで検出された暗い未同定Ｘ線
源のうち４例を「すざく」で観測した。
図 7.7:
Spectra of the SNR G330.2+1.0, obtained
from a south-west rim (upper/thicker data points) and
an eastern bright spot (lower/thinner points), with nonthermal and thermal properties, respectively [52].
7.1.6
大な筋書きで、銀河団に関する多くの謎を一挙に解
決する可能性を秘めている。それを証明すべく Gu
を中心に、当センター PD 経験者である奈良高専の
稲田らと協力し、近傍 (z ∼ 0.1) から遠方 (z ∼ 0.9)
までの 34 個の銀河団に対して、可視光でのメンバー
銀河の空間分布を、Ｘ線で求めた高温プラズマの空
間分布と比較する作業を続けた。その結果、図 7.8
に示すように、遠方の（若い）銀河団ではプラズマ
の周辺部まで銀河が分布するのに対し、近い（老齢
の）系では、プラズマの中心部に銀河が集中するこ
とを、世界で初めて明らかにすることに成功した。結
果は論文に出版するとともに [18]、成果を国際学会
[23, 57, 58] や国内学会・セミナー [85, 120, 124] で
広く公表した。
この結果は、銀河が ICM と相互作用することで、
宇宙年齢かけてポテンシャル中心に落下してきたこ
とを意味し、その相互作用により、銀河で作られた
重元素が、いかにして銀河間空間に運ばれたことも
説明できる。その相互作用の現場を明らかにすべく、
Gu らは、国立天文台の八木、阪大の藤田、広島大の
吉田らと協力し、
「おとめ座」銀河団で渦巻き銀河か
らガスがはぎ取られる現場を、
「すばる」望遠鏡など
で探査しつつある [102]。さらに ASTRO-H を用い、
大きな視線速度をもつメンバーの周囲で、ICM のＸ
線放射がドップラーシフトを示すことを検出できれ
ば、決定的な証拠となろう。
銀河面Ｘ線放射の研究
我々の銀河面には、広がった「銀河面Ｘ線放射」
(GRXE) が分布し、そのスペクトルには強い Fe、S、
Si などの電離輝線が見られる。熱的プラズマ放射と
して解釈できるが、その発生源は 1980 年代から謎
で、SNR の集まり、暗い点源の集合、ディフューズ
な高温プラズマの分布などの説が並立していた。湯
浅らは「すざく」で観測した GRXE のスペクトルが、
質量降着する白色矮星連星と、より柔らかい熱的放
射（おそらく星のコロナやフレア）の和で再現できる
ことを示した [13]。湯浅の博士学位論文は、Springer
Theses として単行本として出版された [44]。
図 7.8:
7.1.7
銀河団の研究
銀河団は、暗黒物質、Ｘ線を放射する高温プラズ
マ (ICM=Intra Cluster Medium)、および数十∼数
百のメンバー銀河から成る、宇宙最大の自己重力系
で、その研究は宇宙論に大きな意義を持つ。我々は、
中澤、学振外国人特別研究員の Gu Liyi (顧力意)、
および西田を中心に、銀河団の研究を進めた。
銀河団の宇宙論的進化の新しい描像
我々は独創的な、銀河団の磁気流体的描像 (Makishima +2001) を追求している。それは、
「ICM 中を
運動するさい、銀河団のメンバー銀河たちは抵抗を
受け、形態を渦巻きから楕円へと変化させつつ中心に
落下し、そのさい解放する力学的エネルギーが ICM
の放射冷却を止め、粒子加速を駆動する」という壮
Circularly integrated galaxy light profiles of
clusters of galaxies, normalized to circularly integrated
mass of their X-ray emitting plasmas. Results on 34
clusters have been averaged into three subgroups with
different redshifts z; low (z = 0.11 − 0.22), medium
(0.22 − 0.45), and high (0.45 − 0.9) [18].
7.1.8
ASTRO-H 衛星計画
ASTRO-H 衛星とその搭載装置 [33]
ASTRO-H 衛星は、米国 NASA および欧州 ESA
などとの国際協力を含め、オールジャパンの体制て開
発が進められている、次世代の宇宙 X 線衛星で、
「す
ざく」の後継機となる。機上には、1–10 keV 域でＸ
7.1. 衛星を用いたＸ線・γ線観測
線エネルギーを数 eV の精度で測定する X 線マイクロ
カロリーメータ、5–80 keV で集光できる２台のスー
パーミラー硬Ｘ線望遠鏡 (HXT)、その焦点面に置か
れる硬 X 線イメジャー (HXI)、１台の軟Ｘ線望遠鏡
とその焦点面に置かれる広視野の X 線 CCD カメラ
(SXI)、60–600 keV で働く軟ガンマ線検出器 (SGD)
が搭載される。これらの協力により、ASTRO-H は
広帯域、高感度、高精度での分光観測を得意とし、高
エネルギー宇宙物理学に大きな貢献を行なう。
ASTRO-H は長さ 14 m、重さ 2.7 t と日本最大の
科学衛星で、HIIA ロケットにより打ち上げられる。
当初は 2014 年初め (2013 年度末) の打ち上げを予定
していたが、東日本大震災により、JAXA つくば宇
宙センターの試験設備に甚大な被害が及んだことな
どのため、打ち上げは 2015 年度に再設定された。
本プロジェクトでは、JAXA ほか国内の大学研究
機関、いくつかの外国機関などと共同し、同衛星の
開発を担当している。平賀は SXI の開発に大きな貢
献を行っており、牧島・中澤研究室は、中澤および内
山を中心に、研究室の総力を挙げて HXI と SGD の
開発に参加した。2012 年度は、最終試作品を用いて
設計の検証とともに、すでに衛星搭載品の製造は一
部が始まっており、残る課題の解決に当たっている。
97
で、広い視野 (38 分四角) を持ち、0.4 - 12.0 keV の、
単一光子ごとの撮像と分光を実現する。当センター
では平賀を中心に、その開発に貢献している。SXI
には大阪大学、国立天文台などが中心となって、浜松
ホトニクス社と共同開発してきた、空乏層の厚い大
型 CCD 素子が搭載される。2012 年度はまず、アナ
ログエレクトロニクスの改善を行い、フライトモデ
ル (FM) と同等の基板レイアウトをもつエンジニア
リングモデル (EM) を製造した。また、アナログエ
レクトロニクス、CCD 素子を格納する真空容器、ス
ターリング冷凍機、など、SXI を構成する各要素の
EM を噛み合わせた性能試験を実施した。その結果、
読み出しノイズ 6–8 e− , エネルギー分解能 135-145
eV([email protected]) となり、目標性能を安定して実
現していることを実証した。FM 候補となる CCD 素
子の製造も進み、数素子づつ数回にわたって納品さ
れた。逐次スクリーニングを行い、最終的に FM と
なる 4 素子を決定する予定である。現在、エレクト
ロニクス、フード、ベースプレート、素子格納容器
などの構造物、冷凍機の FM を製作中であり、2013
年度に完成し、衛星全体の噛み合わせ試験に臨む予
定である。
HXI と SGD [29, 30, 73, 88, 92, 93, 105]
HXI は図 7.9 の伸展尾部に搭載され、5–70 keV の
帯域を 9 分角の視野と 1.7 分角の角分解能で撮像し
つつ、個々のＸ線のエネルギーを分解能 1.5 keV と
いう高精度で分光する。BGO 結晶シンチレータを
用いたアクティブシールドにより低バックグラウン
ド環境を実現し、その中に 4 段の両面シリコンスト
リップ検出器と 1 段の両面 CdTe ストリップ検出器
を重ねたイメジャーを搭載する。HXT と HXI の組
み合わせは、従来より 2 桁よい感度を実現する。
SGD は図 7.9 のように、3 × 2 台の「コンプトン
カメラ」と、それらをとり囲む 25 × 2 個の BGO 結
晶シンチレータで構成される。コンプトンカメラは、
半導体パッド検出器 (シリコンおよび CdTe) を 40
層重ね、その中で光子をコンプトン散乱させ、エネ
ルギーと運動量の保存から入射方向を推定するもの
で、60–600 keV の帯域で動作し、数度の角度分解能
を持つ。視野を絞った井戸型 BGO アクティブシー
ルドの内側に置くことで、バックグラウンドを除去
し、「すざく」HXD より感度を１桁上げる。
HXI および SGD の機構開発 [114]
図 7.9:
Drawing of the ASTRO-H satellite, to be
launched in 2015 [33]. The overall length is 14 m, and
the weight is 2.7 t. Also plotted are cross sectional
views of the HXI (right: 40 cm tall) and SGD (left: 50
cm tall). Two identical units of each instrument are
mounted.
SXI 装置の開発 [32, 59, 37, 38, 74, 111, 86, 87,
106, 107, 108]
SXI (Soft X-ray Imager) は軟 X 線望遠鏡 (SXT)
の焦点面検出器として搭載される X 線 CCD カメラ
我々は、HXI および SGD 検出器部の機構開発で、
中心的な役割を担っており、炭素繊維強化プラスチッ
クを用いた、HXI および SGD のハウジング構造の試
験を進め、フライト品の製造に着手した。また SGD
センサー部の試作品の最終振動試験をつくば宇宙セ
ンターにて実施した (図 7.10 上)。2012 年 5 月の最
初の試験では、ラジエータの強度不足が発覚したた
め改良を加え、2013 年 3-4 月の試験で最終的な強度
確認がなされた。内山、中野、小林、村上らは、HXI
センサー部の試作品を実際に組み上げ、熱歪みがア
クティブシールドの BGO 結晶に悪影響を与えない
ことを検証した (図 7.10 下)。
7 飛翔体を用いた宇宙観測
98
アクティブシールド部の開発 [43, 109, 110, 113]
図 7.10: (Top) SGD-S EM housing vibration tests at
Tukuba/JAXA. (Bottom) HXI-S EM thermal distortion
test at ISAS/JAXA.
HXI および SGD の熱設計 [115]
HXI と SGD は、主検出部にもアクティブシール
ド部にも半導体素子を用いるため、検出器の全体を
−20 ℃程度まで放射冷却する必要がある。しかし両
装置ともかなりの内部発熱をもつ上、どちらも衛星
構体の外に搭載せざるをえず (図 7.9)、そのため直射
日光や地球赤外線を浴び、日陰では酷寒の宇宙空間
を見る。対流のない宇宙空間で、所期の低温を達成
しつつ、軌道周回や姿勢変更に伴う温度変動を抑え
るには、両装置ともに慎重な熱設計が求められる。
これまでの開発で単体としての基本設計を確認した
上で、2011 年度は衛星全体の熱バランス試験 (TTM
試験) に参加した。SGD については、三菱重工との
作業分担により、野田を中心に、東大側が TTM 用
のダミー供試体の設計と製造を行い、熱数学モデル
も独自に開発するなど大きな貢献を行った。この結
果、SGD センサー部の影響を含めて、衛星全体の熱
設計の妥当性を検証することができた。
HXI や SGD の検出感度を究極に左右するものが、
アクティブシールドの性能である。これは主検出部
を複数の BGO シンチレータで隙間なく囲み、その
発光をアバランシェフォトダイオード (APD) で個々
に読み出し、禁止信号を生成することで達成される。
高品位 BGO 結晶は、ESA の協力により、ロシア無
機化学研究所から、スペアを含めて全数が供給され、
優れた発光特性が確認された。
内山、笹野、西田、中野らを中心に、HXI/SGD 双
方の感度向上の鍵を握る BGO シールドの開発を進
め、特に納品された BGO シンチレータの系統的な
評価を通じて、衛星搭載品の最終仕様を決め、結晶
を選定した。笹野らは、APD と BGO の接着方法を
確立すべく、さまざまな実験室実験を行い、また内
山、西田、笹野らは、三菱重工での製造後に受け入
れ検査をする工程を確立し (図 7.11)、その予行演習
を実施した。
鳥井、村上、笹野らは、広島大、早大などと協力
し、アクティブシールドの信号処理部 (APMU) の開
発と試験を行ってきた（図 7.12）。FPGA のロジック
回路も、鳥井他が中心となって開発した大学側バー
ジョンと、三菱重工が開発したバージョンを、それ
ぞれ利用しつつ設計検証を進めている。その結果、
BGO の単体測定で利用してきた標準的な実験室測定
系と遜色のないエネルギー閾値が達成されることを
確認し、衛星搭載品の開発にめどを付けることに成
功した。現在、アナログ部分の最終調整を行い、最
終的な FPGA ロジックを詰めている。
図 7.12:
A circuit board for the HXI/SGD active
shield read-out system.
HXI 主検出部（イメジャー）の開発 [35]
図 7.11: Set-up at MHI Komaki factory for measuring
the flight model BGO units.
小林、中野らは JAXA と協力し、HXI 主検出部
（イメジャー）に用いる、両面 Si ストリップ検出器
(DSSD) の開発を行なってきた。DSSD は N 側にも
P 側にも、250 µm 間隔で設けられた幅 150µm のス
トリップ列 128 本をもつ。
今年度は宇宙研において、HXI カメラ単体での熱
真空試験を実施した。宇宙研の萩野、佐藤とともに、
中野、小林、村上が参加し、放電が起きないこと、お
7.2. BESS 気球実験
よび対流がない中での検出器の熱伝導設計が予定通
りになされいることを初めて確認した。
中野、小林らは、萩野、佐藤および、名大の望遠鏡
のチームと共同で、SPring-8 の長尺ビームラインに
おいて、初めて硬 X 線望遠鏡 (HXT) のフライト品
と HXI を組み合わせた測定を実施した。ビームライ
ン側で 30 keV のライン X 線を生成し、これを HXT
を通じて、HXI-DSSD に結像することで、光学系と
検出器系を組み合わせた実験を地上で実施できたこ
とには大きな意義がある。これを元に、HXT-HXI シ
ステムとしての有効面積の評価や、検出器レスポン
スの評価を進めている。
HXI および SGD の後段データ処理部の開発
HXI、SGD ともに、検出器で得られたデータは、
各々の CPU 処理部に送られて機上ソフトで処理さ
れた上で、地上に送られる。このデータはさらに地
上ソフトで処理して、クイックルック (QL) と呼ば
れるリアルタイム監視システムや、解析ソフトウェ
アに入力される。櫻井は、宇宙研の小高、湯浅とと
もに、こうした後段処理回路の開発をほぼ一手に引
き受けて実施している。昨年に開発した FPGA を駆
使した検出器シミュレータなどを用い、詳細な試験
を実施するとともに、地上系ソフトの開発を自ら実
施している。こうした試験により、現在までにソフ
トウェアの検証はある程度実施され、FPGA 周りの
不具合の修正を実施中である。
99
7.2
7.2.1
BESS 気球実験
超伝導スペクトロメータによる宇宙
線観測
BESS 気球実験 (Balloon-borne Experiment with
a Superconducting Spectrometer) は、大気球・飛翔
体実験のために開発された、大立体角、高精度超伝
導マグネットスペクトロメータによって、宇宙起源
反粒子、反物質の探索を推進した [24, 25]。初期宇宙
における素粒子像を探るべく、気球による宇宙線精
密観測を 1993 年以来、系統的に推進した。超伝導
磁石技術を駆使し、粒子透過性に優れた薄肉ソレノ
イド型超伝導磁石スペクトロメータの開発によって、
大立体角、運動量分解能および粒子識別性能に優れ
た観測を実現したことを特徴する。
実験には、東京大学、KEK、ISAS/JAXA、NASA,
メリーランド大、デンバー大が参加した。宇宙科
学分野における日米・国際共同実験の一つとして、
ISAS/JAXS および NASA の強いサポートを受け、
1993∼2002 年にはカナダ北部にて、2004∼2008 年
には、南極において観測を重ねた。BESS 実験の観
測の年次経過および太陽活動の変化を図 7.15 に、継
続的な観測とともに進化を続けた BESS 超伝導スペ
クトロメータの概念を図 7.16 に示す。また、これま
での気球飛翔実験・観測記録を表 7.2 a に纏める。太
陽活動極小期にあたる 2007∼2008 年には、観測の
集大成となる南極周回・長時間飛翔・観測実験（第
二回）に成功し、高度 34∼38 km の南極周回軌道上
において 24.5 日間に亘る連続的な宇宙線観測を達成
した。
図 7.13:
Tests at SPring-8 (right), where a Hard Xray Telescope (left bottom) was combined with DSSD
for the HXI (left top).
図 7.15: Progress of the BESS balloon flights and scientific observations with variation of the solar activities
since 1993 through 2008.
図 7.14:
Digital electronics and command/telemetry
software of the HXI/SDG on test.
7 飛翔体を用いた宇宙観測
100
図 7.16: Advances in the BESS superconducting magnet spectrometers.
Location
Float time (h)
Obs.time, float (h)
Obs.time, asc./des. (h)
Recorded events (×106 )
Data volume (GB)
Event filtering
Magnetic field (T)
MDR (GV)
TOF resolution (ps)
ACC index
p̄ events observed
p̄ ’s energy (GeV)
H̄e/He U. lim. (×10−6 )
1993
1994
1995
17.5
14
17
15
19.5
17.5
4.0
4.5
Yes
1.0
200
300
6
< 0.5
22
4.2
6.5
Yes
1.0
200
300
2
< 0.5
4.3
4.5
8.0
Yes
1.0
200
100
43
< 3.6
2.4
1997
1998
Canada
20.5
22.0
18.3
20.0
16.2
31
Yes
1.0
200
75
1.03
415
< 3.6
1.4
19.0
38
Yes
1.0
200
75
1.02
384
< 3.6
1.0
1999
2000
34.5
31.3
2.8
19.1
41
Yes
1.0
200
75
1.02
668
< 3.6
0.8
44.5
32.5
2.5
17.0
38
Yes
1.0
200
75
1.02
558
< 4.2
0.68
2001
US
1.0
1
12.8
N/A
N/A
Yes
1.0
1,400
75
1.02
N/A
N/A
N/A
2002
C.
16.5
11.3
2.3
13.7
56
Yes
1.0
1,400
75
1.02
147
< 4.2
0.65
2004
2007
Antarctic
205
730
180
588
3.3
3.5
900
4700
2,140 13,500
No
No
0.8
0.8
240
240
160
120
1.02
1.03
1,520
7,886
< 4.2
< 3.5
0.27
0.07
表 7.2 a: Summary of the BESS balloon flights and scientific observations.
7.2.2
BES-Polar 観測結果
低エネルギー反陽子流束
1995-1997 年太陽活動極小期に BESS 実験によっ
て観測された低エネルギー反陽子エネルギースペク
トルは、図 7.17 に示すように、低エネルギー領域に
おいて、二次粒子モデル計算に対して、わずかに平
坦なスペクトルを示し、宇宙起源反粒子による可能
性を示唆した [26]。その後、BESS 実験では、太陽活
動の変化・変調が宇宙線流束に及ぼす影響を系統的に
観測し続けたうえで、次の太陽活動極小期となった
2007-2008 年に南極周回・長時間観測（BESS-Polar
II）を実現し、質量同定を伴う明確な解析結果とし
て、総数 7886 個の高い統計精度で、反陽子流束の観
測に成功し、図 7.18 に示すエネルギースペクトルお
よび宇宙起源反陽子探索結果を公表した [27]。
この観測結果は、1 GeV 以下のエネルギー領域に
おいて、11 年前の太陽活動極小期 (BESS ’95+ ’97)
の観測結果の約 14 倍の統計量に達し、様々な理論モ
デルとの明確な比較の結果、二次起源反陽子流束モ
デル計算と良く整合する結論を得た。 二次起源反
陽子のモデル計算は、一次宇宙線である陽子が、銀
河磁場による拡散、対流、星間ガスによる加速を受
けながら、衝突反応により反陽子生成をする過程 (宇
宙線伝播モデル) と、太陽圏内における太陽磁場の
擾乱による変調 (太陽変調モデル) の効果をかけ合わ
せたものとなる。この二次起源反陽子流束評価を基
に、低エネルギー領域においてその寄与が顕著に現
れる可能性がある『原始ブラックホール (PBH)』起
源・反陽子流束の評価を行った。反陽子流束観測結
果から、二次起源反陽子モデル計算を引いた差分を
説明できる PBH 起源反陽子流束の絶対量を見積も
り、PBH の蒸発率 R の上限値を評価した。二次起
源反陽子モデル不定性の影響を考慮するために、数
種の二次起源反陽子モデルについて計算を行い、蒸
発率 R の確率密度関数を求めた。 BESS ’95+ ’
97 の低エネルギー反陽子流束観測に対して統計精度
を一桁以上高めた BESS-Polar II 実験結果として、
R ∼ 1.2 × 10−3 (pc−3 yr−1 ) (90%C.L.) を上限値と
する結果を得た。この値は、前回の太陽活動極小期
における BESS 実験の観測結果に対して、> 9σ 離
れる低い結果となり、PBH 起源・低エネルギー宇宙
線反陽子が現在、我々が観ることができる宇宙では
観測されていないと結論した。
7.2. BESS 気球実験
101
宇宙反物質の探索
BESS-Polar 実験では、長時間フライトの特色を活
かし、反物質としての反ヘリウム探索を飛躍的に進
展させた。観測されたヘリウム流束は BESS-Polar I
の観測のリジディティ領域で 4 × 107 イベントに達し
たが、反ヘリウムは 1 例も観測されなかった。1993
年以来の全 BESS 実験における積分統計量から、1
∼14 GV 領域において反へリウムとヘリウムが同じ
スペクトル形状をもっていると仮定した場合に於い
て、反ヘリウム/ヘリウム上限値、6.9 × 10−8 を得
た。この結果を、図 7.19 に示す。また、反ヘリウム
にスペクトル形状を仮定せず、個々のフライトに対
し重みをつけ、最も低いヘリウム観測効率を仮定し
た場合において、反ヘリウム/ヘリウムの上限値とし
て、1.6∼14 GV のリジディティ領域で、1.0 × 10−7
の上限値を得た。1993 年以来積み重ねられた BESS
実験による宇宙反物質探索は、BESS 実験以前の探
索結果に対して、上限値を三桁も押し下げ、最も高
い感度での宇宙反物質探索結果を報告した [28]。
図 7.18:
Antiproton spectrum measured in BESSPolar II experiment compared with the BESS95+97
and secondary production models, and possible primary
fluxes from PBH evaporations calculated for BESS Polar II and BESS(95+97) experiments [27].
図 7.17:
Antiproton spectrum observed by BESS, in
the previous solar minimum period in 1995 and 1997
[26].
7.2.3
まとめ
BESS 実験は、日米国際協力実験として 1987 年
に実験の準備を開始以来 26 年、1993 年に第一回観
測を実現して以来、20 年に亘る歴史を重ねた。カナ
ダ北部、南極での観測を含み、合計 11 回の気球飛
翔・宇宙線観測実験に成功した。宇宙起源反粒子の
探索および宇宙線の絶対流束の精密観測データの提
供、太陽活動による変調を観測し、精密な実験結果
を提供し続けてきた。2007 年度には、その集大成と
して、太陽活動極小期に第二回南極周回気球実験を
実現し、高度 34∼38km に於ける 24.5 日間に亘る連
続気球観測に成功した。2011∼2012 年度には、『太
陽活動極小期における低エネルギー宇宙線反陽子観
測』、『反ヘリウム探索』に関するデータ解析を完了
し、BESS 実験としての最終結果を公表した。反陽
子については、太陽活動極小期における粒束を決定
するとともに、原始ブラックホール等の宇宙（一次）
起源反陽子の存在可能性に対して、厳しい上限値を
導いた。反物質探索においては、BESS 実験のこれ
までの全フライトの統計量から、エネルギースペク
トル形状を同じと仮定した場合、1∼14 GV の領域
で、反ヘリウム/ヘリウム上限値 6.9 × 10−8 を結論
とした。以上より、BESS-Polar 実験は、かつてない
統計精度で、宇宙線伝播モデル、初期宇宙の素粒子
描像の精密な理解に不可欠な基礎データを提供する
事に貢献した。
謝辞：BESS 気球実験を東京大学初期宇宙国際研
究センター (RESCEU) における飛翔体実験の一つ
として加えて頂き、多くのご支援を頂きましたこと
に、心より感謝申し上げます。 特に、初代センター
長・佐藤勝彦先生、そして第二代センター長・牧島一
夫先生は、常に大きな励まし、ご指導を頂きました。
深く感謝申し上げます。BESS 気球実験は、1987 年、
（故）折戸周治先生のご提唱によって始まりました。
折戸先生の『宇宙を探る強い情熱』に導かれて実験
が立ち上げられ、RESCEU の一テーマとしてここま
で研究が進展できましたこと、そして、成果をご報
告できますことを、改めて、深く感謝申し上げます。
102
7 飛翔体を用いた宇宙観測
K.: “Suzaku Follow-Up Observation of the Activated Magnetar 1E 1547.0-5408”, Publ. Astron.
Soc. Japan 65, in press (2013)
[5] Yamada, S., Makishima, K., Done, C., Torii, S.,
Noda, H. & Sakurai, S.: “Evidence for a Cool
Disk and Inhomogeneous Coronae from Wide-band
Temporal Spectroscopy of Cyg X-1 with Suzaku”,
Publ. Astron. Soc. Japan 65, in press (2013)
[6] Yamada, S., Torii, S., Mineshige, S., Ueda, Y.,
Kubota, A., Gandhi, P., Done, C., Noda, H.,
Yoshikawa, A. & Makishima, K.: “Highly Ionized Fe-K Absorption Line from Cygnus X-1 in the
High/Soft State Observed with Suzaku”, Publ. Astron. Soc. Japan 65, in press (2013)
[7] Yamada, S., Negoro, H., Torii, S., Noda, H., Mineshige, S. & Makishima, K.: “Rapid Spectral
Changes of Cyg X-1 in the Low/Hard State with
Suzaku”, Publ. Astron. Soc.J apan 65, in press
(2013)
[8] Kouzu, T., Tashiro, M. S., Terada, Y., Yamada,
S., Bamba, A., Enoto, T., Mori, K., Fukazawa,
Y. & Makishima, K.: “Spectral Variation of the
Hard X-ray Emission from the Crab Nebula with
the Suzaku Hard X-ray Detector”, Publ. Astron.
Soc. Japan 65, in press (2013)
図 7.19: The new upper limit of antihelium/helium
at the top-of-atmosphere calculated assuming the same
energy spectrum for antihelium as for helium with previous experimental results. The limit calculated with
no spectral assumption is about 25% [28].
[9] Fujinaga, T., Mori, K., Bamba, A., Kimura, S.,
Dotani, T., Ozaki, M., Matsuta, K., Puhlhofer,
G., Uchiyama, H., Hiraga, J. S., Matsumoto, H.
& Terada, Y.: “An X-ray counterpart of HESS
J1427-608 discovered with Suzaku”, Publ. Astron.
Soc. Japan 65, in press (2013)
(原著論文 (Refereed): 宇宙Ｘ線関係)
[10] Noda, H., Makishima, K., Nakazawa, K., & Yamada, S.: “Suzaku Discovery of a Slowly Varying
Hard X-ray Continuum from the Type I Seyfert
Galaxy NGC 3516””, Astrophys. J. , in press
(2013)
[1] Yamada, S., Uchiyama,H., Dotani,T., Tsujimoto,M., Katsuda,S., Makishima,K., Takahashi,H., Noda,H., Torii,S., Sakurai,S., Enoto,T.
et al. : “Data-Oriented Diagnostics of Pileup Effects on the Suzaku XIS”, Publ. Astron. Soc. Japan
64, Article No.53 (2012)
[11] Iwakiri, W. B., Terada, Y., Mihara, T., Angelini,
L., Tashiro, M. S., Enoto, T., Yamada, S., Makishima, K., Nakajima, M. & Yoshida, A.: “Possible Detection of an Emission Cyclotron Resonance
Scattering Feature from the Accretion-powered
Pulsar 4U 1626-67”, Astrophys. J. 751, article id.
35 (2012)
＜報文＞
[2] Sakurai, S., Yamada, S., Torii, S., Noda, H.,
Nakazawa, K., Makishima, K., Takahashi, H.:
“Accretion Geometry of the Low-Mass X-ray Binary Aquila X-1 in the Soft and Hard States”,
Publ. Astron. Soc. Japan 64, Article No.72 (2012)
[3] Noda, H., Makishima, K., Nakazawa, K.,
Uchiyama, H., Yamada, S. & Sakurai, S.: “The
Nature of Stable Soft X-Ray Emissions in Several Types of Active Galactic Nuclei Observed by
Suzaku”, Publ. Astron. Soc. Japan 65, Article No.4
(2013)
[4] Iwahashi, T., Enoto, T., Yamada, S., Nishioka,
H., Nakazawa, K., Tamagawa, T. & Makishima,
[12] Maragutti, R. and 43 co-authors, including Makishima, K., Murakami, T., Ohno, M., Takahashi,
T., Tashiro, M. & Terada, Y.: “Inverse Compton
X-Ray Emission from Supernovae with Compact
Progenitors: Application to SN2011fe”, Astrophys.
J. 751, article id. 134 (2012)
[13] Yuasa, T., Makishima, K. & Nakazawa, K.:
“Broadband Spectral Analysis of the Galactic
Ridge X-Ray Emission”, Astrophys. J. 753, article id. 129 (2012)
[14] Rea, N., Israel, G. L., (9 co-authors), Enoto, T.,
(9 co-authors), Makishima, K., (9 co-authors): “A
New Low Magnetic Field Magnetar: The 2011
7.2. BESS 気球実験
Outburst of Swift J1822.3-1606”, Astrophys. J.
754, article id. 27 (2012)
[15] Ackermann, M. and 144 co-authors, including
Okumura, A., Kamae, T. & Makishima, K.:
“Gamma-Ray Observations of the Orion Molecular Clouds with the Fermi Large Area Telescope”,
Astrophys. J. 756, article id. 4 (2012)
[16] Caballero, I., Pottschmidt, K., (15 co-aurors),
Makishima, K., Enoto, T., Iwakiri, W. & Terada,
Y.: “A Double-peaked Outburst of A 0535+26 Observed with INTEGRAL, RXTE, and Suzaku”, Astrophys. J. Lett. 764, article id. 23 (2013)
[17] Odaka, Hi., Khangulyan, D., Tanaka, Y., Watanabe, S., Takahashi, T. & Makishima, K.: “Shortterm Variability of X-Rays from Accreting Neutron
Star Vela X-1. I. Suzaku Observations”, Astrophys.
J. 767, article id. 70 (2013)
[18] Gu, L., Gandhi, P., Inada, N., Kawaharada, M/.
Kodama, T., Konami, S., Nakazawa, K., Shimasaku, K., Xu, H. & Makishima, K.: “Probing
of the Interactions Between the Hot Plasmas and
Galaxies in Clusters from z = 0.1 to 0.9”, Astrophys. J. 767, article id. 157 (2013)
[19] Enoto, T., Nakagawa, Y. E., Sakamoto, T. & Makishima, K.: “Spectral comparison of weak short
bursts to the persistent X-rays from the magnetar
1E 1547.0-5408 in its 2009 outburst”, Mon. Not.
Roy. Astr. Soc. 427, 2824 (2012)
[20] Kishishita, T., Hiraga, J., & Uchiyama, Y.: “Nonthermal emission properties of the northwestern
rim of supernova remnant RX J0852.0-4622”, Astron. Astrophys 551, id.A132 (2013)
[21] Tsuchiya, H., Hibino, K., Kawata, K., Hotta, N.,
Tateyama, N., Ohnishi, M., Takita, M., Chen, D.,
Huang, J., Miyasaka, M., Kondo, I., Takahashi,
E., Shimoda, S., Yamada, Y., Lu, H., Zhang, J.
L., Yu, X. X., Tan, Y. H., Nie, S. M., Munakata,
K., Enoto, T. & Makishima, K. “Observation of
thundercloud-related gamma rays and neutrons in
Tibet”, Phys. Rev. D 85, id. 092006 (2012)
[22] Sasano, M., Nishioka, H., Okuyama S., Nakazawa
K., Makishima K., Yamada S., Yuasa T., Kataoka
J., Fukazawa Y., Hanabata Y. & Hayashi K.: “Geometry dependence of the light collection efficiency
of BGO crystal scintillators read out by Avalanche
Photo Diodes” Nuc. Ins. Meth. A., in press (2013)
[23] Gu, L., Gandhi, P., Inada, N., Kawaharada, M.,
Kodama, T., Konami, S., Nakazawa, K., Shimasaku, K., Xu, H., & Makishima, K.: “Search for
Galaxy-ICM Interaction in Rich Clusters of Galaxies, 2013”, Astron. Nachrichten, in press (2013)
(原著論文 (Refereed): BESS 関係)
※ 今年度でプロジェクト完了のため、過去年度の重
要論文として、[24] および [26] を再掲します。
103
[24] A. Yamamoto, K. Abe, K. Anraku, Y. Asaoka, M.
Fujikawa, H. Fuke, S. Haino, M. Imori, K. Izumi,
T. Maeno, Y. Makida, H. Matsumoto, H. Matsunaga, F. B. McDonald, J. Mitchell, T. Mitsui,
A. Moiseev, M. Motoki, J. Nishimura, M. Nozaki,
S. Orito, J. F. Ormes, D. Righter, T. Saeki, T.
Sanuki, M. Sasaki, & E.S. Seo, “BESS and its
Future Prospect for Polar Long Duration Flight”,
Adv. Space Res. 31, 1253-1262, (2002)
[25] A. Yamamoto, J.W. Mitchell, K. Yoshimura, K.
Abe, H. Fuke, S. Haino, T. Hams, M. Hasegawa, A.
Horikoshi, A. Itazaki, K.C. Kim, T. Kumazawa, A.
Kusumoto, M.H. Lee, Y. Makida, S. Matsuda, Y.
Matsukawa, K. Matsumoto, A.A. Moiseev, Z. Myers, J. Nishimura, M. Nozaki, R. Orito, J.F. Ormes,
K. Sakai, M. Sasaki, E.S. Seo, Y. Shikaze, R. Shinodaf R.E. Streitmatter, J. Suzuki, Y. Takasugi, K.
Takeuchi, K. Tanaka, T. Taniguchi, N. Thakur, T.
Yamagami, & T. Yoshida, “Search for cosmic-ray
antiproton origins and for cosmological antimatter
with BESS ”, Adv. Space Res. 51, 227-233 (2013)
[26] S. Orito, T. Maeno, H. Matsunaga, K. Abe, K.
Anraku, Y. Asaoka, M. Fujikawa, M. Imori, M.
Ishimoto, Y. Makida, N. Matsui, H. Matsumoto,
J. Mitchell, T. Mitsui, A. Moiseev, M. Motoki,
J. Nishimura, M. Nozaki, J. Ormes, T. saeki, T.
Sanuki, M. Sasaki, E.S. Seo, Y. Shikaze, T. Sonoda, R. Streitmatter, J. Suzuki, K. Tanaka, I.
Ueda, N. Yajima, T. Yamagami, A. Yamamoto, T.
Yoshida, &K. Yoshimura: “Precise measurement
of cosmic-ray antiproton spectrum ”, Phys. Rev.
Lett., 84, 1078-1081 (2000)
[27] Abe, K., Fuke, H., Haino, S., Hams, T., Hasegawa,
M., Horikoshi, A., Kim, Kusumoto, A., Lee, M.H.,
Makida, Y., Matsuda, S., Matsukawa, Y., Mitchell,
J.W., Nishimura, J., Nozaki, M., Orito, R., Ormes,
J.F., Sakai, K., Sasaki, M., Seo, E.S., Shinoda, R., Streitmatter, R.E., Suzuki, J., Tanaka,
K., Thakur, N., Yamagami, T., Yamamoto, A.,
Yoshida, T., & Yoshimura, K.: “Measurement
of the Cosmic-Ray Antiproton Spectrum at Solar Minimum with a Long-duration Balloon Flight
over Antarctica ”, Phys. Rev. Lett., 108, id.051102
(2012)
[28] Abe, K., Fuke, H., Haino, S., Hams, T., Hasegawa,
M., Horikoshi, A., Itazaki, A., Kim, Kumazawa,
T., Kusumoto, A., Lee, M.H., Makida, Y., Matsuda, S., Matsukawa, Y., Matsumoto, K., Mitchell,
J.W., Myers, Z., Nishimura, J., Nozaki, M., Orito,
R., Ormes, J.F., Sakai, K., Sasaki, M., Seo,
E.S., Shikaze, Y., Shinoda, R., Streitmatter, R.E.,
Suzuki, J., Takasugi, Y., Takeuchi, K., Tanaka,
K., Thakur, N., Yamagami, T., Yamamoto, A.,
Yoshida, T., & Yoshimura, K.: “Search for Antihelium with the BESS-Polar Spectrometer ”, Phys.
Rev. Lett., 108, id.131301 (2012)
(会議抄録)
7 飛翔体を用いた宇宙観測
104
• proc SPIE: Space Telescopes and Instrumentation
2012: Ultraviolet to Gamma Ray, 8443 (2012)
[29] Kokubun M., Nakazawa K., Enoto T., Fukazawa
Y., Kataoka J., Kawaharada M., Laurent P., Lebrun F., Limousin O, Makishima K., et al.. : “The
Hard X-ray Imager (HXI) for the ASTRO-H mission”, id 25
[30] Watanabe S., Tajima H., Fukazawa Y., Blandford R., Enoto T., Kataoka J., Kawaharada M.,
Kokubun M., Laurent P., Lebrun F., Limousin O.,
Madejski G., Makishima K., et al. : “Soft gammaray detector for the ASTRO-H Mission”, id 26
[31] Hagino K., Odaka H., Sato G., Watanabe S.,
Takeda S., Kokubun M., Fukuyama T., Saito S.,
Sato T., Ichinohe Yuto., Takahashi T., Nakano T.,
Nakazawa K., Makishima K., Tajima H., Tanaka
T., Ishibashi K., Miyazawa T., Sakai M., Sakanobe
K., Kato H., Takizawa S., & Uesugi K. : “Imaging and spectral performance of CdTe double-sided
strip detectors for the hard x-ray imager onboard
ASTRO-H”, id 55
[32] Hayashida, K., Tsunemi, H., Tsuru, T. G., Dotani,
T., Nakajima, H., Anabuki, N., Ozaki, M., Natsukari, C., Hiraga, J. S., (17 co-authors): “Soft
x-ray imager (SXI) onboard ASTRO-H”, id 23
[33] Takahashi T., et al. : “The ASTRO-H X-ray Observatory”, proc SPIE: Space Telescopes and Instrumentation 2012: Ultraviolet to Gamma Ray,
8443, id 1Z
T., Kitamoto, S., Murakami, H., Hiraga, J., et al.:
“Optical, UV and soft x-ray transmission of optical blocking layer for the x-ray CCD”, AIP Conf.
Proc. Vol. 1427, pp.255-256 (2012)
[38] , Ikeda, S., Kohmura, T., Kawai, K., Kaneko,
K., Watanabe, T., Tsunemi, H., Hayashida, K.,
Anabuki, N., Nakajima, H., Ueda, S., Tsuru, T.
G., Dotani, T., Ozaki, M., Matsuta, K., Fujinaga,
T., Kitamoto, S., Murakami, H., Hiraga, J., et al.:
“Soft X-ray response of the x-ray CCD camera
directly coated with optical blocking layer”, AIP
Conf. Proc. Vol. 1427, pp.253-254 (2012)
(和文記事)
[39] 吉村浩司、山本 明『素粒・宇宙論に 挑む宇宙線反粒子
観測』(日本物理学会誌、2012 年 12 月号, p.844-849)
[40] 牧島一夫、高橋忠幸：
「今年で宇宙 X 線も発見 50 年」
(日本物理学会誌、2012 年 12 月号、p.854)
[41] 牧島一夫：
「理科教育：18 歳からの物理、高エネルギー
天体物理学」(パリティ、2013 年 2 月号)
[42] P. Carlson 原著、牧島一夫 (訳)：
「宇宙線の一世紀」
(パリティ、2013 年 2 月号)
(学位論文)
[43] 西田瑛量：
「宇宙 X 線衛星 ASTRO-H に搭載する BGO
アクティブシールドの製作手順とその検証」、修士学
位論文
(著書)
[34] Nakazawa K., Takahashi T., Ichinohe Y., Takeda
S., Tajima H., Kamae T., Kokubun M., Takashima
T., Tashiro M., Tamagawa T., Terada Y., Nomachi
M., Fukazawa Y., Makishima K., Mizuno T., Mitani T., Yoshimitsu T., & Watanabe S. : “Concept
of a small satellite for sub-MeV and MeV all sky
survey: the CAST mission”, id 0E
[44] Yuasa, Takayuki :“Suzaku Studies of White Dwarf
Stars and the Galactic X-ray Background Emission” (Springer, 2013 April). Springer Theses シ
リーズ、物理学分野で、日本から第１期３件の１つと
して。
• その他の収録
(国際会議招待講演)
[35] Hagino K., Nakano T., Sato G., Takeda S., Odaka
H., Watanabe S., Nakazawa K., Kokubun M.,
Takahashi T., and the HXI/SGD Team: “The
Si/CdTe semiconductor detector for hard X-ray
imager (HXI) onboard ASTRO-H”, proc: HIGH
ENERGY GAMMA-RAY ASTRONOMY: 5th International Meeting on High Energy Gamma-Ray
Astronomy, AIP Conf. Proc. Vol. 1505, pp. 809-812
(2012)
[45] Makishima, K.: “How to Maximize the ASTROH Science: Seven Recipes” The 8th ASTRO-H
Science Working Group Meeting (Cambridge, UK:
2012 July 9–11)
[36] Makishima, K.: “What are being discovered by the
forefront cosmic X-ray observations?”, Proc. The
11th International Symposium on Origin of Matter
and Evolution of Galaxies (OMEG11), AIP Conf.
Proc. Vol. 1484, pp.161-168 (refereed; 2012)
[37] Kawai, K., Kohmura, T., Ikeda, S., Kaneko,
K., watanabe, T., Tsunemi, H., Hayashida, K.,
Anabuki, N., Nakajima, H., Ueda, S., Tsuru, T.
G., Dotani, T., Ozaki, M., Matsuta, K., Fujinaga,
＜学術講演＞
[46] Mitchell, J., Yamamoto, A., & Yoshimura, K.:
“Scientific highlights from the Balloon-Borne Experiment with a Superconducting Spectrometer
Polar (BEEE-Polar), Results from BESS Experiment ”, The 39th COSPAR Scientific Assembly
(Mysore, India; 2012 July 14– 22)
[47] Yamamoto, A. & Mitchell, J: “Search for Primary
Antiparticles and Cosmological Antimatter with
BESS ”SpacePart12 (CERN, 2012 November 5–7)
[48] Makishima, K.: “New Insight into Magnetar Evolution – 10 Current Issues with Magnetars”, Current Understanding and Future Study of Magnetars: Research Strategy in the ASTRO-H era
(Rikkyo University, 2012 September 1)
7.2. BESS 気球実験
[49] Makishima, K.:“ From Sco X-1 to Magnetars:
Past, Present,and Future of X-ray Studies of Neutron Stars ”, X-ray Astronomy: Toward the Next
50 Years (Milano, 2012 October 1–5)
[50] Makishima, K.: “Physics and Astrophysics of
Compact Stars”, Quarks to Universe in Computational Science (Nara, 2012 December 13–16)
(国際会議一般講演/ポスター)
•ASTRO-H International Summer School 2012 (京都,
2012 年 8 月 21 日, poster)
[51] Kobayashi, S.: “Study of Holmberg IX X-1 with
ASTRO-H HXI ”
[52] Murakami, H: “Simulations of non-thermal supernova remnant G330.2+1.0”
•X-ray Astronomy: Toward the Next 50 Years
(Milano, 2012 October 1–5)
[53] Noda, H., Makishima, K., Nakazawa, K. & Yamada, S., “Model-Independent Decomposition of
Broad-Band Suzaku spectra of AGNs into Primary
Coninua and Secondary Components ” (oral)
[54] Torii, S., Yamada, S., Makishima, K., & Nakazawa,
K.: “Observing Spectral Variations in the Soft
State of Cyg X-1 with Suzaku” (poster)
[55] Nakano, T., Makishima, K., Nakazawa, K.,
Uchiyama, H. & Enoto, T.: “Solving Age Discrepancy between Magnetars and Associated Supernova Remnants” (oral)
[56] Sakurai, S., Nakazawa, K., Makishima, K.,
Yamada, S. & Matsuoka, M.: “LuminosityDependent Changes in the Accretion Geometry in
Aquila X-1” (poster)
• その他の国際会議
[57] Gu, L., Inada, N., Konami, S., Kodama, T.,
Nakazawa, K., Kawaharada, M., & Makishima, K.:
“Search for Galaxy-ICM Interaction in Rich Clusters of Galaxies”, Galaxy Clusters as Giant Cosmic
Laboratories (ESAC, Madrid; 2012 May 23)
[58] Gu, L., Inada, N., Konami, S., Kodama, T.,
Nakazawa, K., Kawaharada, M., & Makishima,
K.: “Search for Galaxy-ICM Interaction in Rich
Clusters of Galaxies”, 220th American Astronomical Society Meeting (Anchorage; 2012 June 10–14)
[59] Hiraga, J. S., Abematsu, T., Tsunemi, H.,
Nishimura, T., Tutt, J., Holland, A., Suzuku, H.,
Muramatsu, M., Takagi, S., & Miyazaki, Y.: “Development of BI CCD by HPK for low energy Xrays” (poster), SPIE Astronomical Telescopes and
Instrumentation (Amsterdam, The Netherlands;
2012 July 1– 6)
105
[60] Noda, H., Makishima, K., Yamada, S., Nakazawa,
K. & Uchiyama, H.: “A novel picture for the central engine of Seyfert galaxies: multi-zone Comptonization corona near the central black hole”, The
39th COSPAR Scientific Assembly (Mysore, India;
2012 July 14– 22; oral)
[61] Sasano, M., Enoto, T., Makishima, K., Yamada,
S., Nakazawa, K. & Yuasa, T.: “A Comparative
Study of SFXTs and Long-Period Pulsars”, The
39th COSPAR Scientific Assembly (Mysore, India;
2012 July 14– 22; oral)
[62] Yamada, S., Makishima, K., Done, C., Noda, H.,
Torii, S. & Sakurai, S.: “Inhomogeneous coronae
and a stable disk of Cyg X-1 revealed with Suzaku”,
Half a Century of X-ray Astronomy (Mykonos Island, Greece; 2012 September 17-21)
[63] Noda, H.: “The Origin of Soft and Hard X-ray
Excesses in Active Galactic Nuclei” Super Massive
Black Holes in the Universe: The Era of the HSC
Surveys (Ehime; 2012 December 17–20; poster)
[64] Kobayashi, S., Makishima, K., Nakazawa, K.,
Noda, H. &Isobe, N.: “Study of accretion states
with y-parameter variations in the ultra luminous
X-ray source Holmberg IX X-1” Spectral/timing
properties of accreting objects: from X-ray binaries
to AGN (ESAC, Madrid: 2013 April 3)
(国内会議/招待講演)
[65] 牧島一夫：
「中性子星およびマグネータの観測の現状」、
ハドロン物質の諸相 (京大基研、2012 年 8 月 30 日∼
9 月 1 日)
[66] 牧島一夫：
「宇宙 X 線観測の 50 年∼50 years of cosmic X-ray observations」、日本物理学会・秋季分科
会（2012 年 9 月 12、京都産業大学）、12pSE-1
[67] 牧島一夫：
「Ｘ線観測から中性子星に迫る∼宇宙Ｘ線
50 年の歴史を絡めて」、新学術領域研究「実験と観測
で解き明かす中性子星の核物質」キックオフシンポジ
ウム (理化学研究所、 2012 年 10 月 26 日∼27 日)
[68] 牧島一夫：
「宇宙 X 線の 50 年：(1)」、理研シンポジ
ウム「宇宙線の発見から 100 年、Ｘ線天体の発見か
ら 50 年」(理化学研究所、 2012 年 11 月 27 日)
[69] 牧島一夫：
「なぜ宇宙に出るのか∼その動機と方法∼」、
理研シンポジウム「きぼう」に夢を乗せて（２）(理
化学研究所、 2013 年 3 月 7 日)
[70] 高橋弘充、桜井壮希: 「LMXB の High/Soft 状態に
おける変動とその物理的な描像」、コンパクト星連星
の多様性と進化 (理化学研究所、 2013 年 3 月 13 日)
(国内会議/一般講演)
• 日本物理学会・秋季分科会（2012 年 9 月 11∼14 日、
京都産業大学）
[71] 吉村浩司 他 BESS Collaboration：
「BESS-Polar II
実験による宇宙線反重陽子探索 (2)」、12aSP-4
[72] 櫻井壮希，中澤知洋，牧島一夫，山田真也，松岡勝，
高橋弘充：「『すざく』で解明された弱磁場中性子星
Aql X-1 における降着流の幾何」、14aSP-2
106
[73] 深沢泰司，田島宏康，渡辺伸，内山秀樹，内山泰伸，
榎戸輝揚，太田方之，大野雅功，小高裕和，片岡淳，
川原田円，国分紀秀，佐藤悟朗，佐藤理江，高橋忠
幸，高橋弘充，武田伸一郎，田代信，田中孝明，寺田
幸功，中澤知洋，中森健之，Roger Blandford，牧島
一夫ほか SGD チーム：
「ASTRO-H 衛星搭載軟ガン
マ線検出器の開発状況」、14aSP-9
[74] 鶴剛，田中孝明，信川正順，内田裕之，常深博，林
田清，中嶋大，穴吹直久，薙野綾，木村公，堂谷忠
靖，尾崎正伸，夏苅権，冨田洋，幸村孝由，村上弘志，
平賀純子ほか：
「X 線天文衛星 ASTRO-H 搭載 X 線
CCD カメラ SXI の開発の現状 IV」, 14aSP-12
• 日本天文学会・秋季年会（2012 年 9 月 19 日∼21 日、
大分大学）
[75] 鳥井 俊輔、牧島 一夫、中澤 知洋、山田 真也: 「『す
ざく』で観る Cyg X-1 のソフト状態におけるスペク
トルの時間変動」、 J07a
[76] 小林翔悟、牧島一夫、中澤知洋、野田博文 (東大 理)、
磯部直樹：
「『すざく』衛星による ULX 天体 HOLMBERG IX X-1 の観測」、J09a
[77] 神頭知美、寺田幸功、田代信、山田真也、馬場彩、榎
戸輝揚、森浩二、深沢泰司、田中康之、湯浅孝行、柴
田晋平、牧島一夫：
「『すざく』衛星搭載 HXD による
Crab の変動追跡 (3)」、J35a
[78] 岩橋孝典、榎戸輝揚、山田真也、西岡博之、玉川 徹、
牧島一夫 ：
「アウトバーストから１年半経過したマグ
ネター 1E 1547.0-5408 の『すざく』衛星による追観
測」、J37a
[79] 中川友進、山岡和貴、牧島一夫、榎戸輝揚、三原建
弘、杉崎 睦、坂本貴紀、吉田篤正、Poshak Gandhi、
田代 信 、森井幹雄、Kevin Hurley：
「『すざく』衛星
による活動期の AXP, 4U0142+614 の観測的研究」、
J47a
[80] 笹野 理、中澤知洋、牧島一夫、山本堂之、榎戸輝揚、山
田真也：
「『すざく』による長周期パルサー 4U 0114+65
の研究」、J52a
[81] 中野俊男、牧島一夫、中澤知洋、内山 秀樹、平賀順子、
金田英宏：
「『すざく』衛星による超新星残骸 CTB109
の広範囲観測」、 K19a
[82] 村上浩章、牧島一夫、中澤知洋、内山秀樹：
「超新星
残骸 G330.2+1.0 における電子の加速限界の推定と
熱的成分の探査」、Q34a
[83] 野田博文、牧島一夫、山田真也、中澤知洋：
「X 線時
間変動のみから抽出する AGN 反射スペクトル:『す
ざく』の結果」、S38a
[84] 表尚平、牧島一夫、中澤知洋、野田博文、平木一至、
深沢泰司、高橋弘充、大野雅功、吉川瑛文、山田真
也、玉川徹：
「『すざく』による明るいセイファート銀
河 NGC 4151 の鉄吸収線の研究」、S39a
[85] Gu, L., Inada, N., Konami, S., Kodama, T.,
Nakazawa, K., Kawaharada, M., & Makishima, K.
“Investigation of Interactions Between ICM and
Cluster Galaxies III”, T04a
7 飛翔体を用いた宇宙観測
[86] 田中孝明、鶴 剛、信川正順、内田裕之, 常深 博、林田
清、中嶋 大、穴吹 直久、薙野 綾、木村 公、堂谷忠
靖、尾崎 正伸、夏苅 権、冨田 洋、幸村 孝由、村上
弘志、平賀 純子ほか：「ASTRO-H 搭載 X 線 CCD
カメラ (SXI) の開発の現状」、W03a
[87] 薙野綾、林田清、中嶋大、穴吹直久、上田周太朗、菅
哲、常深博、尾崎 正伸、夏苅 権、冨田 洋、堂谷 忠晴)、
John Doty、鶴 剛、田中孝明、信川正順、内田裕之、
幸村孝由、村上弘志、平賀純子ほか：
「ASTRO-H 搭
載 SXI 用アナログエレクトロニクスの開発」、W06b
[88] 中澤知洋、国分紀秀、川原田 円、佐藤悟朗、牧島一夫、
内山秀樹、ほか ASTRO-H HXI チーム：
「ASTROH 衛星搭載硬 X 線撮像検出器 (HXI) の現状：FM 設
計」、W15a
• 第 13 回宇宙科学シンポジウム (宇宙科学研究所、2013
年 1 月 7∼8 日; ポスター)
[89] 鳥井 俊輔、野田 博文、表 尚平、小林 翔悟、中澤 知
洋、牧島 一夫: 「『すざく』によるブラックホール降
着流の包括的研究」
[90] 中島真也、劉周強、信川正順、内山秀樹、鶴剛、小山
勝二 : 「すざく衛星で見る銀河系中心の高エネルギー
現象」、
[91] 笹野 理、桜井壮希、中野俊男、村上浩章、牧島一夫
: 「『すざく』による中性子星と SNR の研究」
[92] 国分紀秀ほか HXI チーム : 「ASTRO-H 衛星搭載硬
X 線撮像検出器 (HXI) の開発」
[93] 渡辺 伸ほか ASTRO-H SGD チーム: 「ASTRO-H
軟ガンマ線検出器 (SGD)」
• 日本天文学会・春季年会（2013 年 3 月 20 日∼23 日、
埼玉大学)
[94] 野田博文、牧島一夫、山田真也、中澤知洋: 「時間変
動から分解する巨大ブラックホール近傍からの複数
の一次 X 線放射」、B23a
[95] Zhang, Z.: “LMXB populations in galaxy outskirts: evidence for natal neutron star kicks”, J01a
[96] 櫻井壮希、中澤知洋、牧島一夫、杉崎睦、松岡勝：
「低
質量 X 線連星 MAXI J0556-332 の X 線スペクトル
の時間変動とその放射モデル」、J31c
[97] 鳥井俊輔、牧島一夫、山岡和貴、山田真也: 「『すざ
く』による低質量中性子星連星 GS1826-238 の観測」、
J35a
[98] 小林翔悟 、中澤知洋、野田博文、牧島一夫、磯部直
樹：
「『すざく』による ULX 天体 Holmberg IX X-1
の観測 (2)」、J60a
[99] 牧島一夫、榎戸輝揚：
「マグネター 4U 0142+61 にお
ける自由歳差運動の徴候」、J72a
[100] 村上 浩章, 内山 秀樹, 中澤 知洋, 牧島 一夫：「『す
ざく』衛星による超新星残骸 G330.2+1.0 の中心天
体の観測」、J73a
[101] 内山秀樹, 村上浩章, 中澤和洋, 牧島一夫「『すざく』
による銀河中心超新星残骸 Sgr A East からの高階電
離 Mn · Cr Kα 輝線の発見」、K03b
7.2. BESS 気球実験
107
[102] Gu, L., Yagi, M., Yoshida, M., Nakazawa, K., &
Makishima, K.: “X-ray View of the Ha/HI Tails in
the Virgo Cluster”, Q12a
一夫、田島宏康ほか: 「次期 X 線衛星 ASTRO-H 搭
載 BGO シールド部の信号処理ファームウェアの動作
検証」、 27pBE-6
[103] 鶴剛、劉周強、信川正順、中島真也、小山勝二、内
山秀樹: 「『宇宙Ｘ線トモグラフィ』を用いた天の川
銀河中心領域の巨大分子雲の三次元位置と SgrA*の
過去の活動性の解明」、Q15a
[114] 木村太輔，田邉利明，水野恒史，深沢泰司，田島宏
康，牧島一夫，中澤知洋，高橋忠幸，太田方之，他
HXI/SGD チーム：
「衛星搭載軟ガンマ線検出器用高
精細金属コリメータの性能評価 (2)」、 27pBE-9
[104] 表尚平、中澤知洋、野田博文、牧島一夫、平木一至、
深沢泰司、高橋弘充、大野雅功、吉川瑛文、山田真也、
玉川徹：「『すざく』によるセイファート銀河 NGC
4151 の明暗状態の比較」、S09a
[115] 太田方之，野田博文，中澤知洋ほか：「X 線衛星
ASTRO-H 搭載 軟ガンマ線検出器の熱設計検証試
験」、 27pBE-11
[105] 中澤 知洋、国分 紀秀、川原田 円、佐藤 悟朗、牧島
一夫、内山 秀樹、ほか HXI チーム：
「ASTRO-H 衛
星搭載硬 X 線撮像検出器 (HXI) の現状: EM 試験性
能と FM 製造」, W54a
[106] 平賀純子、常深博、林田清、穴吹直久、中嶋大、薙
野綾、堂谷忠靖、尾崎正伸、冨田洋、夏苅権、木村公、
鶴剛、田中孝明ほか：
「Astro-H 搭載軟 X 線撮像検出
器 SXI の開発の現状」、W57a
[107] 信川久実子, 鶴 剛, 田中孝明, 内田裕之, 信川正順,
大西隆雄, 中島真也, 菅原隆介, 八隅真人, 常深博, 林
田清, 中嶋大, 穴吹直久, 薙野綾, 堂谷忠靖, 尾崎正伸,
夏苅権, 冨田洋, 廿日出勇, 山内誠, 森浩二, 幸村孝由,
村上弘志, 平賀純子ほか：
「ASTRO-H 搭載軟 X 線撮
像検出器（SXI）: EM システムを用いた性能評価と
機能試験」、W58b
[108] 佐々木将軍, 常深博, 林田清, 中嶋大, 穴吹直久, 薙野
綾, 上田周太朗, 菅裕哲, 定本真明, 堂谷忠靖, 尾崎正
伸, 夏苅権, 冨田洋, 井澤正治, 近藤恵介, 幸村孝由, 池
田翔馬, 金子健太, 矢部一成, 鶴剛, 田中孝明, 内田裕
之, 信川正順, 大西隆雄, 村上弘志, 廿日出勇, 山内誠,
森浩二, 平賀純子ほか：
「ASTRO-H 搭載 X 線 CCD
カメラ（SXI）の軟 X 線応答の測定」、W59b
[109] 西田瑛量, 牧島一夫, 中澤知洋, 内山秀樹, 笹野理、
村上浩章ほか：
「ASTRO-H 衛星搭載装置のアクティ
ブシールド用 BGO 試験の現状 (2)」、W65b
[110] 後藤国広、松岡正之、徳田伸矢、高橋弘充、大野雅
功、深沢泰司、湯浅孝行、佐藤悟朗、渡辺伸、国分紀
秀、高橋忠幸、鳥井俊輔、中澤知洋、齋藤龍彦、中森
健之、片岡淳、田島宏康ほか: 「ASTRO-H 衛星搭載
BGO アクティブシールドの信号処理におけるデジタ
ルフィルタの改良」、 W64b
• 日本物理学会・春季大会（2013 年 3 月 26∼29 日、広
島大学
[111] 林田清，常深博，中嶋大，穴吹直久，薙野綾，鶴 剛，
田中孝明，信川正順，内田裕之，堂谷忠靖，尾崎正
伸，夏苅権，冨田洋，木村公，幸村孝由，村上弘志，
平賀純子ほか：
「X 線天文衛星 ASTRO-H 搭載 X 線
CCD カメラ SXI の開発の現状 V」、27pBE-4
• その他の国内研究集会
[116] 野田 博文 :「X 線時間変動を用いた AGN 一次コンプ
トン成分および反射スペクトルの抽出と新解釈」、松
山ブラックホールワークショップ 2012 ∼ASTRO-H
衛星で目指すブラックホール研究の新展開∼（愛媛大
学、2012 年 6 月 20 日∼23 日)
[117] 牧島一夫：
「『すざく』から ASTRO-H へ」、ビッグ
バンセンター第 12 回サマースクール (裏磐梯国民休
暇村、2011 年 7 月 24∼26 日)
[118] 内山秀樹:「Ｘ線天文公開 FITS データの紹介とその
教材としての利用の可能性」、平成 24 年度天体画像
教育利用ワークショップ （仙台市天文台 2013 年 1 月
13 日)
[119] 中澤知洋ほか CAST WG：
「高感度ガンマ線望遠鏡
CAST」、第 3 回小型科学衛星シンポジウム (宇宙科
学研究所、2013 年 3 月 7-8 日)
(セミナー、談話会、集中講義)
[120] Gu, L., Inada, N., Konami, S., Kodama, T.,
Nakazawa, K., Kawaharada, M. & Makishima, K.:
“Evolution of Galaxy Light and ICM Distributions
in Galaxy Clusters”, Department of Physics Colloquium, University of Alabama (2012 June 20)
[121] 野田 博文: 「X 線観測で明らかにする AGN セント
ラルエンジンの新描像」、東北大学天文学専攻談話会
(2012 年 5 月 7 日)
[122] 牧島一夫：
「すざく」から ASTRO-H へ∼Ｘ線天文
学の 50 年」、国立天文台談話会 (2012 年 11 月 2 日)
[123] 牧島一夫：「コンパクト天体のＸ線物理学」奈良女
子大学理学部物理学科 大学院集中講義 (2012 年 11
月 21 日∼24 日)
[124] Gu, L., Gandhi, P., Inada, N., Kawaharada, M.,
Kodama, T., Konami, S., Nakazawa, K., Shimasaku, K., Xu, H. & Makishima, K.: Interaction
Between the Hot Plasmas and Galaxies in Clusters,
Tamagawa Lab seminar, RIKEN (2013 March 14)
(一般向け講演、新聞記者発表)
[112] 水野恒史ほか（内山秀樹、中澤知洋、牧島一夫を含
む）：「ASTRO-H 衛星搭載軟ガンマ線検出器の開発
(2012 年度後半)」、27pBE-5
[125] 牧島一夫：
「天の川にひそむ多くの謎」、ビッグバン宇
宙国際センター 2012 七夕講演会 (小柴ホール、2012
年 7 月 5 日)
[113] 徳田伸矢、後藤国広、大野雅功、高橋弘充、深沢泰
司、鳥井俊輔、笹野理、齋藤龍彦、渡辺伸、山岡和
貴、湯浅孝行、国分紀秀、米徳大輔、中澤知洋、牧島
[126] 牧島一夫：
「宇宙空間から宇宙を見る」、日本天文学
会公開講演会 (埼玉大学、2013 年 3 月 24 日)
108
[127] 山田真也、嶺重 慎、根來 均、牧島一夫：新聞記者
発表「ブラックホールに落ち込む最後の 1/100 秒の
解明へ∼ ガスが最後に放つ高エネルギー X 線を初め
て捉えた！ ∼」、(理化学研究所、京都大学、日本大
学、東京大学：2013 年 4 月 14 日)
7 飛翔体を用いた宇宙観測
III
参考資料: RESCEU 第 3 回外部評価資料
111
A 参考資料: RESCEU 第 3 回外部評価資料説明
2013 年 1 月 8 日∼10 日におこなわれた RESCEU 第 3 回外部評価において、外部評価委員に参考資料とし
て配布された資料の “第 0 章 RESCEU Overview”を以下に再掲する。
注意:１ 図 2.2 において §0.3.2 などとあるのは、B.3.2 などのことである。
注意:２ B.7 において、§6 などとあるのは、本年次報告に未掲載の外部評委員へ配布された資料の第 6 節を
参照している。
112
B RESCEU OVERVIEW
B.1
History
RESCEU, Research Center for the Early Universe (ビッグバン宇宙国際研究センター), was established
in April 1999, in the Graduate School of Science at the University of Tokyo. It is a successor to a more
informal research organization with the same name (和名は初期宇宙研究センター), which was selected in
1995 by the Center-of-Excellence (COE) program of the Japan’s Ministry of Education, Science, Sports
and Culture. RESCEU is the last research center of the Graduate School of Science that was established
before the University became a corporation.
RESCEU performs theoretical and observational researches of the early Universe, toward the construction
of a unified picture of its origin and evolution. We combine “top down” approaches starting from firstprinciple theories, including in particular Big Bang and Inflationary cosmology (Early Universe Cosmology
Division and Particle Cosmology Division; Fig. 2.2), with “bottom-up” ones using data from the forefront
experiments and observatories, including wide coverage of all electromagnetic frequencies (in Early Universe
Data Analysis Division; Fig. 2.2). In addition, we invite a limited number of researchers, mainly from the
Department of Physics, the Department of Astronomy, and the Institute of Astronomy, to join us as
associate members (§ B.3.4).
In the fiscal year (FY) of 2009 when RESCEU became 10 years old, we made some major rearrangement
of projects (§ B.4), together with some updates in associate RESCEU members (§ B.3.4). Late in the same
FY, Junko S. HIRAGA joined us (Fig. 2.3) through a high competition, as one of the three new feminine
assistant professors recruited by the Graduate School of Science. Thanks to the help by the Department
of Physics, we have also succeeded in obtaining a new assistant professor position in FY2012, to which
Teruaki SUYAMA was appointed (Fig. 2.3).
B.2
Research Objectives
In conducting our mission described above, RESCEU currently has the following two slogans. The
meaning of the first one is given in Fig. 2.1.
1. To understand the universe through three domains, namely, baryons, dark matter, and dark energy.
2. To serve as an Eastern-Hemisphere Hub for astrophysics and cosmology.
図 2.1: The research strategy of RESCEU, where t and x mean time and space, respectively. See § B.4 for projects;
gray boxes are theoretical, while white ones are observational and/or experimental.
B.3. Organization
B.3
113
Organization
B.3.1
Organization structure
Figure 2.2 illustrates the structure of RESCEU, as a member of the Graduate School of Science.
図 2.2: The RESCEU organization structure.
B.3.2
RESCEU members (staff )
In Fig. 2.3, the RESCEU staff members (called proper members to distinguish from associate members
described in § B.3.4) are given as a function of year. In addition to those shown here, RESCEU comprises
two secretaries (Ms. Sayur NAGANO and Ms. Mieko MINAMISAWA), and about 10 graduate students
in the Department of Physics and the Department of Astronomy.
2005
2006
2007
K. Sato (joint)
Director
2008
2009
2010
2011
2012
K. Makishima (joint) 牧島一夫
Jun-ichi Yokoyama 横山順一
Professor
Toshikazu Shigeyama 茂山俊和
Assoc.Prof.
T. Suyama
須山輝明
Assist.Pr.1
New Post
Assist.Pr.2
A . Taruya 樽家篤史
Assist.Pr.3
Assist.Pr.4
S.Mukoyama 向山信治
N. Sakai 坂井南美
Converted from PD
Sp.As.Pr.
H. Hiramatsu T. Takiwaki
Post
Doctoral
Fellows
Junko S. Hiraga 平賀純子
S.Kobayashi T. Suda
T. Kogo
K. Sugimoto
R. Nagata
Y. Itoh
Ts. Kobayashi Ta. Kobayashi
H. Ito
N. Kawanaka N. Inada
K. Nakamura Y. Takamizu
N. Yasutake
R. Tsutsui
K. Kamada S. Kuroyamnagi
Mat Lake
図 2.3: The RESCEU members. Italics indicate those working essentially in Physics department. Red means
women, and blue international members. Visiting professors are listed separately in § B.3.3.
114
B.3.3
B RESCEU OVERVIEW
International visiting professors
One of the outstanding features of RESCEU is that it has a position (with a built-in budget) for an
international visiting professor. We can hence invite active overseas researchers to stay at RESCEU and
get payed, for typical lengths of 1 through 3 months. Since FY2007, the use of this budget has become
rather flexible. Below is the list of these visiting members over the last 8 years. Some of them have
repeatedly accepted our invitation, and contributed very much to the RESCEU activity. They also serve,
if available, as lectures for our summer school (§ B.5.3).
表 2.3 a: List of international visiting professors since 2005.
FY2005
FY2006
FY2007
FY2008
FY2009
FY2010
FY2011
FY2012
9/22–1/17
9/1–11/30
9/1–9/30
10/1–12/25
1/7–3/31
4/25–5/24
5/21–6/20
12/5–3/30
6/15–8/14
3/30–9/5
10/31–11/3
1/4–3/31
8/1–9/29
10/1–11/10
1/18–3/30
1/21–3/4
4/18–6/6
5/12–6/15
6/25–7/26
9/18–11/29
11/1–12/14
Bernard Carr
Sergey I. Blinnikov
Nemanja Kaloper
Sergey I. Blinnikov
Paolo Alberto Mazzali
Ewald Mueller
Veniamin Berezinsky
Alexei A. Starobinsky
徐 海光 Haiguang Xu
Alexei A. Starobinsky
Alexei A. Starobinsky
Bernard Carr
Massimo Meneghetti
Alexei A. Starobinsky
Alexei A. Starobinsky
Edwin L. Turner
Alexander Polnarev
Edwin L. Turner
Shirley Ho
Jerome Martin
Alexei A. Starobinsky
Queen Mary London Univ., Professor
Inst. Theor. & Exp. Phys. Moscow, Head Scientist
California Univ. Davis, Professor
Inst. Theor. & Exp. Phys. Moscow, Head Scientist
Osservato rio Astronomico di Trieste, Professor
Max-Planck Inst. Astrophys,, Director of research
Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Director
Landau Inst. for Theor. Phys., Major Research Scientist
Shanghai Jiao Tong University, Professor
Landau Inst. for Theor. Phys., Major Research Scientist
Landau Inst. for Theor. Phys., Major Research Scientist
Queen Mary London Univ., Professor
Bologna University, AssociateProfessor
Landau Inst. for Theor. Phys., Major Research Scientist
Landau Inst. for Theor. Phys., Major Research Scientist
Princeton University, Professor
Queen Mary London Univ., Reader in Math & Astr.
Princeton University, Professor
Carnegie Mellon University, Assistant Professor
CNRS (France), Director of Research
Landau Inst. for Theor. Phys., Major Research Scientist
B.3. Organization
B.3.4
115
Expanded RESCEU (研究協力者集団)
In addition to the visiting professorship described above, another special and important aspect of
RESCEU is the concept of expanded RESCEU (研究協力者集団) illustrated in Fig. 2.4. In addition to
the proper RESCEU members described in § B.3.2, it comprises about 10 full/associate/assistant professors, to be called associate RESCEU members (研究協力者), who are mainly affiliated to the Department
of Physics , the Department of Astronomy, and the Institute of Astronomy. This scheme reinforces the
activity of RESCEU, which by itself is a very small organization. It will also provide a pilot study for future
university restructuring, when we will be even more limited by human and financial resources. This booklet
does not provide personal data of the associate RESCEU members, since their information is already given
by their respective Departments.
Under close collaboration
with the proper RESCEU
members (§ B.3.2; Fig. 2.3),
the associated members carry
out the overall research as
detailed in § B.4. To accomplish this mission, the associate members are allowed
to use part of the RESCEU
budget (§ B.6). The associate members are selected under simple internal rules based
on discussion in the expanded
RESCEU, and are approved
by the steering committee (運
営委員会) described in § B.3.5.
Former associate members are
given in § B.4.
図 2.4: The expanded RESCEU structure. Associate members are indicated in
italic. Red indicates women.
116
B.3.5
B RESCEU OVERVIEW
Steering committee (運営委員会)
The highest-level decision of RESCEU is done by its steering committee (運営委員会), consisting of about
7 members from both inside and outside the Graduate School of Science. The committee approves the
use of RESCEU budget, as well as personnel affairs including appointments/disappointments of associate
RESCEU members. The committee also give advices as to future plans and directions of RESCEU. The
current committee members are given in Table 2.3 b.
表 2.3 b: The RESCEU steering committee as of FY2012.
Name
Hiroaki AIHARA
相原博昭
Takaaki KAJITA
梶田隆章 Ryugo HAYANO
早野龍五
Yuzuru YOSHII
吉井 譲 Kei ONAKA
尾中 敬
Kazuo MAKISHIMA
牧島一夫
Jun’ichi YOKOYAMA
横山順一
Title / Position
Dean, Graduate School of Science 東京大学 理学系研究科長・教授
Director, Institute for Cosmic Ray Research
東京大学 宇宙線研究所長・教授
Professor, Department of Physics
理学系研究科 物理学専攻 教授
Director, Institute of Astronomy
理学系研究科 天文学教育研究センター長 ・教授
Professor, Department of Astronomy
理学系研究科 天文学専攻 教授
Director, RESCEU
ビッグバン宇宙国際研究センター長 (兼)
理学系研究科 物理学専攻 教授
Professor, RESCEU
ビッグバン宇宙国際研究センター 教授
Term (FY)
2012-2013
ex officio
2011-2012
2012-2013
2012-2013
2012-2013
2011-2012
2012-2013
B.4. RESCEU projects
B.4
117
RESCEU projects
RESCEU, in its expanded form, carries out its mission in a certain number of projects. As shown in
Fig. 2.5, so far there have been 7 projects. Their detailed description is given in § 1 through § 7 of this
booklet. From late FY2012 or the beginning of FY2013, we will add another project, on the study of extrasolar Pplanets (project title tentative; § B.7.2). Former associate members (full and associated professors
only) are listed in table 2.4 c.
*:
#:
&:
$:
It was actually Project 6, but shown in this way because its continuation has become Project 3 since 2009.
It was actually Project 3, but shown at this position to make the figure simpler.
It was called Project 5 till 2009.
This sub-project will terminate at the end of FY2012.
図 2.5: History of the RESCEU projects. Italics show sub-project names, and underlines indicate the corresponding
Division names in Fig. 2.2.
表 2.4 c: Former associate RESCEU members.
Ken’ichi NOMOTO
Tsutomu YANAGIDA
Dept. Astronomy
Dept. Physics
1999–2007
1999–2007
Yuzuru YOSHII
Katsuhiko SATO
Inst. Astronomy
Dept. Physics
1999–2008
1999–2008
Sadanori OKAMURA
Dept. Astronomy
1999–2011
former Director
118
B RESCEU OVERVIEW
B.5
RESCEU Activity
B.5.1
To
Annual activities
represent
annual
RESCEU activities, Fig. 2.6
shows those in FY2012. Like
the seven projects, these activities are mostly conducted
on the scale of the expanded
RESCEU.
図 2.6:
Annual activities of
RESCEU in 2012. Stars indicate non-regular ones, while
italics show Japan Physical Society and Astronomical Society
of Japan annual meetings to
which many RESCEUmembers
attend.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
“The Cosmological Constant and the Evolution of the Universe” (7-10 November, 1995)
“Dark Matter in the Universe and its Direct Detection” (26-28 November, 1996)
“Particle Cosmology” (11-13 November, 1997)
“The Birth and Evolution of the Universe” (16-19 November, 1999)
“New Trends in Theoretical and Observational Cosmology” (13-16 November, 2001)
“Frontier in Astroparticle Physics and Cosmology” (4-7 November, 2003)
“Astroparticle Physics and Cosmology” (11-14 November, 2008)
“Resceu/JGRG22 Symp. on General Relativity and Gravitation” (12-16 November, 2012)
表 2.5 d: List of the RESCEU international symposia.
.
B.5.2
International symposia
Exactly speaking, the name of RESCEU in
Japanese, ビッグバン宇宙国際研究センター、
means International Research Center for BigBang Universe. As represented by this name,
RESCEU is a highly international organization,
hosting over the past 8 years approximately 200
foreign short-term visitors (besides those listed
in Table 2.3 a). This characteristic is also featured by the series of RESCEU international
symposia, listed in Table 2.5 d. Each symposium was attended typically by 100–200 participants, including a considerable fraction from
abroad.
図 2.7: A group photo on the occasion of the 7th RESCEU
Internatinoal Symposium, co-sponsored by the JSPS Core-toCore program “DENET” (§ B.6.3). This particular symposium
commemorated the retirement of professor Katsuhiko Sato, the
former RESCEU director.
B.5. RESCEU Activity
B.5.3
119
RESCEU summer schools
RESCEU is a research, rather than an educational, organization. Nevertheless, the forefront research
activity conducted in (the expanded) RESCEU, together with many foreign visitors and guests, endows
RESCEU with an ideal environment for graduate education. This is the reason why RESCEU has about
10 graduate students, each belonging to graduate course in either physics or astronomy. As a highlight
of such educational effort, we annually hold a RESCEU summer school, often inviting foreign researchers
(including the visiting professors) as lecturers. To realize retreat-type environments, the summer schools
are held, as shown in Fig. 2.8, in places away from the busiest city areas.
図 2.8: Locations and dates of the RESCEU summer school.
The numbers indicate domestic and overseas participants. The
2012 location was purposely chosen to be in Fukushima prefecture, to help early recovery.
B.5.4
図 2.9: The poster for the first RESCEU
Christmas Lecture, created by Dr. M.
Nakashima (then a graduate student at
RESCEU).
Outreach activities
Our research fields, including cosmology, astronomy, and space researches, provide one of the most
appealing themes to general public. Being aware of this fact, RESCEU puts great emphasis on outreach
activities, mainly in the form of public pictures. As summarized in Table 2.5 e, we have been conducting
the following three regular outreach efforts.
1. Participation to the annual Star-Festival Lecture Campaign (全国同時七夕講演会), which is an event
of near-simultaneous lectures all over Japan. It started as a part of “International Year of Astronomy
2009”, and continues afterwards. Our lectures on this occasion are meant for young generation,
particularly junior-high-school students.
2. The University Open Campus. Usually held in summer, the graduate School of Science always attracts
some 4,000 comers who are mostly high school students. We usually provide three lectures, which are
so popular that the lecture hall always becomes full to the doors.
3. Christmas lecture. This is a unique RESCEU attempt, which started in 2009. It is aimed mainly
for under-graduate students in nearby universities, including of course our own. Figure 2.9 show the
poster used to announce the first Christmas Lecture.
120
B RESCEU OVERVIEW
When multiple lectures are presented, we plan so that one is from pure theoretical works, another from
observational astronomy, and the other from experimental physics. Lecturers are selected from both the
proper and associate RESCEU members.
表 2.5 e: Public lectures sponsored by RESCEU. Italic means future plans.
2008
7.31
Open Campus
Y. Suto #
J. Yokoyama
「宇宙は何からできている？」
「宇宙をあやつる暗黒エネルギー」
2009
7.7
8.6
Star Festival
Open Campus∗
Y. Suto #
Y. Suto #
T. Shigeyama
J. Yokoyama
K. Makishima
J. Yokoyama
Nami Sakai
Y. Suto #
「ガリレオが見た宇宙，見なかった宇宙」
「宇宙は何からできている？」
「元素はいつどこで出来たのか」
「宇宙をあやつる暗黒エネルギー」
「科学衛星でブラックホールを探る」
「ビッグバンは見えてきたか」
「星の誕生と化学進化」
「太陽系外惑星から宇宙生物学へ」
S. Okamura#
J. Yokoyama
K. Kohno#
K. Tsubono#
A. Taruya
T. Shigeyama
Junko S. Hiraga
「宇宙ってなんだか知っていますか？」
「宇宙をあやつる暗黒エネルギー」
「観測により迫る宇宙の謎」
「重力波で宇宙を見る–検出実験の現状–」
「宇宙のものさし、バリオン音響振動」
「地球と恒星の密接な関係」
「X 線で観る宇宙」
12.25
2010
7.7
8.4
Christmas
Star Festival
Open Campus∗
12. 22
Christmas
20011
7.7
12.23
Star Festival
Open Campus∗
Nami Sakai
J. Yokoyama
K. Shimasaku#
M. Minowa#
「星の誕生 – 太陽系の奇跡–」
「重力波で探る宇宙の始まり」
「銀河宇宙と私たち」
「ニュートリノ–さまざまな実験方法–」
2012
7.7
8.7
Star Festival
Open Campus
K. Makishima
Y. Itoh
T. Shigeyama
A. Yamamoto#
T. Suyama
R. Tsutsui
「天の川にひそむ多くの謎」
「アインシュタインの重力波で宇宙を聴く日」&
「年老いた星が語る銀河の歴史」&
「南極気球で探る宇宙からの反物質」
TBD
TBD
12.25
#
∗
&
Christmas
: Associate RESCEU members.
: Merged with the Christmas Lecture because the Open Campus was shifted to December.
: These lectures were given twice in the same day.
B.6. Budget
B.6
B.6.1
121
Budget
Budget evolution
RESCEU is run basically on the University budget (運営費交付金). As shown in Fig. 2.10, it is
divided into basic running costs of the center (yellow), and those for the projects (blue). The former includes regular running costs of Yokoyama
and Shigeyama Laboratories, personnel expenses for
the secretaries and some of the PDs, and the costs
for electricity, water, as well as for the summer
school and other meetings. The salaries for the
full/associate/assistant professors are not included
here. Till FY2009, the expenses for the international
visiting professors had been provided additionally,
while it is included in the graph from FY2010. Pink
in Fig. 2.10 is external funds acquired by the proper
RESCEU members, which is detailed in the next
section.
図 2.10: Annual RESCEU budget.
B.6.2
External funds
As listed in Table 2.6 f, the RESCEU members have been quite successful in acquiring external funds,
particularly Grant-in-Aid for Scientific Research (科研費) from JSPS.
表 2.6 f: External funds acquired by the RESCEU staff (excluding the associate members).
122
B.6.3
B RESCEU OVERVIEW
DENET: International Research Network for Dark Energy
For 2007 through 2012, RESCEU has been aided by DENET (International Research Network for Dark
Energy), which is a core-to-core program funded by JSPS (Japan Society of Promotion of Science) with
French, British and US partners. PI of the program is Yasushi Suto, one of the associate RESCEU
members, and three co-PI’s include Edwin Turner at Princeton University, Jerome Martin at Institut
d’Astrophysique de Paris, and John Peacock at The University of Edinburgh. The first two of them have
actually stayed at RESCEU as international visiting professors (Table 2.3 a). The participating institutions
of the program include, among others, The University of Tokyo, 4 other Japanese institutions, 5 United
States organizations, 4 British universities, and two French ones.
The main purpose of DENET was to promote international collaborations on the study of dark energy
in the universe, with particular emphasis on the exchange of young researchers among the participating
institutions. As summarized below, DENET organized, from 2007 to 2012, five international conferences
concerning dark energy in the universe.
1. “Decrypting the universe; Large Surveys for Cosmology” (October 24 to 26, 2007), jointly held with
Royal Observatory Edinburgh.
2. “Cosmology Near and Far; Science with WFMOS” (May 19 to 21, 2008), held at Kona Marriot Hotel,
Hawaii, as the first Subaru-Gemini Joint Science conference.
3. “Science Opportunities with Wide-Field Imaging and Spectroscopy of the Distant Universe” (November 9 to 11, 2009), jointly organized with Department of Astrophysical Sciences, Princeton University.
4. “The Observational Pursuit of Dark Energy after Astro2010” (October 7 to 9, 2010), held at Cahill
Center for Astronomy and Astrophysics, Caltech.
5. “The Accelerating Universe” (24 to 26, 2011), held at Institut d’Astrophysique de Paris, in a timely
fashion just after the 2011 Nobel Prize in Physics on exactly the same subject.
In addition to those international conferences, DENET cooperated with RESCEU for five years to jointly
organized the summer schools described in § B.5.3. In each year, three lecturers (both foreign and domestic)
were invited and gave a series of introductory talks on dark energy mainly for graduate students in Japan.
The activities of DENET played a significant role in establishing the next generation wide-field imaging
camera, Hyper-Suprime Cam (HSC), on Subaru telescope, as a collaboration among Japan, Princeton,
and Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) at Taiwan. RESCEU (Project 3;
§ 3.3.7) is an important participant to the HSC project. In addition, the collaboration with Taiwan is in
line with our second slogan presented in § B.2.
B.7. Future Plans
B.7
123
Future Plans
Before national universities were reformed into corporations in 2004, a research center like RESCEU was
supposed to have a typical duration of 10 years, at which point a scrap-and-build process was mandatory.
Although this requirement is no longer applicable, we still believe that we need to re-structure ourselves
continually. Thus, as described at the beginning (§ B.1), RESCEU, founded in 1999, has made moderate
changes from FY2008 to FY2009. We will continue our effort of such self check and improvements, under
the two leading principles given in § B.2.
B.7.1
What is unique with RESCEU?
Even in Japan, RESCEU is not the only organization that is dedicated to the research of cosmology and
astrophysics. We must be cooperating and competing with, for exmple, a few national research institutions
like KEK and National Astronomical Observatory, and a considerable number of major universities. Even
within the University of Tokyo, there are the Institute for Cosmic Ray Research, the Kavli Institute for the
Physics and Mathematics of the Universe (IPMU), and the closest one, the Institute of Astronomy in the
Graduate School of Science. To plan our future, a good exercise may be given by reviewing our uniqueness,
which may be summarized below.
1. From the beginning in 1995 in its predecessor form, RESCEU has been configured as a flexible
collaboration among leaders in Japan-led international researches, ranging from theoretical studies
(Project 1, Project 2), to non-accelerator experiments (Project 6; § 6) and “big-science” type projects.
The expanded RESCEU actually comprises leaders, e.g., in the world-renowned Subaru telescope
(Project 3; § 3.3.1), the truly international ALMA telescope (Project 4; § 4.3, § 4.4), the Kagura
Gravitational Wave detector under construction (Project 5; § 5.4), and the Suzaku and ASTRO-H
X-ray Observatories (Project 7-1; § 7.3).
2. The built-in international visiting professor position (§ B.3.3) is one of valuable advantages of
RESCEU; such a positions is quite limited even all over the University of Tokyo, and is the only one in
the Graduate School of Science. RESCEU is also playing an important role in astrophysics/cosmology
research in the Asian-Pacific region.
3. The concept of expanded RESCEU has been enhancing flexible interactions and fusions among neighboring disciplines, including astronomy, astrophysics, cosmology, and particle physics. It will also
serve as a cradle for novel sciences, including astrobiology and physics of spontaneous structure formation.
4. Thanks to the structural position of RESCEU, its research activity is closely connected with, and
actually much enhanced by, the graduate education in physics and astronomy.
5. Among the competing research organizations, RESCEU is one of the few that have direct access
to space technology provided by JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency), including balloons,
sounding rockets, artificial satellites, and the International Space Station. Although limited to Project
7 at present, this unique capability allows RESEU to potentially leads some future space experiments,
including in particular the space gravitational wave experiments DECIGO and DPF (§ 1.4.1, § 5.3).
Having reviewed our uniqueness, below we describe our future strategy, considering a typical time span
of 5 years.
B.7.2
Study of extra-solar planets
In the expanded RESCEU meeting held in June 2012 (Fig. 2.6), it was agreed among the proper and
associate members that a new project, Project 8, dedicated to the study of extra-solar planes, should be
created. This will take place within FY2012, or from the beginning of FY2013. Since such “exoplanet”
studies have already been conducted by Y. Suto as part of Project 1 (§ 1.4.3), he will then move from
Project 1 to Project 8 to lead it. The researches in Project 8 will have direct connections to those in
Project 4-1 (S. Yamamoto and N. Sakai) using ALMA and other means, namely, studies of chemical and
physical evolutions of molecular clouds, and formation of young stars therein.
124
B RESCEU OVERVIEW
To much enhance the education and research of extra-solar planets, RESCEU has also been collaborating
with the Astronomy, Earth and Planetary Science, and Physics departments, as well as the Institute of
Astronomy, asking for a new full-professor position from the University’s contingency reservoir (定員再配
分). Fortunately, we have succeeded in this effort, and a new professor will arrive in April 2013. Although
he/she will formally belong to the Department of Astronomy, we will invite him/her, as a new associate
member, to join RESCEU Project 8.
B.7.3
Gravitational waves
Another priority area of the RESCEU’s near-future research is the search for Gravitational Waves (GW).
Theoretically in Project 1, a certain form of background GW radiation is predicted by inflationary cosmology being studied by J. Yokoyama, and its detection would provide one of few direct means to diagnose
truly “early” universe. Various cases of GW emission are calculated by Y. Itoh and S. Kuroyanagi. Experimentally, K. Tsubono (Project 5) is one of the Japan’s leaders in gravitational-wave experiments (§ 5),
and is deeply involved both in the Kagura (§ 5.4) and DECIGO/DPF (§ 5.3) projects, the latter having
close relevance to Project 1.
The GW investigation is expected to enhance cross-project interactions, beyond those between Project 1
and Project 5. Studies of gamma-ray bursts in Project 2 (T. Shigeyama and R. Tsusui) and magnetars (T.
Shigeyama in Project 2 and K. Makishima in Project 7) have close connections to the GW signals expected
from mergers between two neutron stars. The DECIGO/DPF projects (§ 5.3) will profit from technical
heritages accumulated in Project 7.
B.7.4
Other ross-project researches
As listed below, we may further identify a few additional research subjects that are suited to enhance
cross-project interactions, and hence should be promoted with particular emphasis.
1. Optical deep surveys with Subaru. The term “Early Universe” may have dual meanings, one implying
an early epoch before the “photon vs. matter decoupling” which took place at an age of 0.38 million
years, while the other before the event of “cosmic reionization” which occurred at a rough age of
0.25 billion years. While the GW background (§ B.7.3) provides a powerful diagnostic for the epoch
in the first meaning, the period between the two time-marking events may be studied by various
deep surveys including in particular with the Subaru HSC (see § B.6.3). This age, often called “dark
age”, is of high importance, because then the structure formation (mainly detectable with baryons)
proceeded under the dominant role of dark matter, and the effects of dark energy gradually emerged.
In view of Fig. 2.1, this is clearly one of the priority areas of RESCEU, and can be promoted through
a collaboration between Project 3 and Project 1. Project 7 is also partially involved, because the key
instrument, the Subaru HSC, uses the same CCD chips as used for ASTRO-H (Project 7-1; § 7.3.8)
in the X-ray range, for which J. Hiraga is an important player.
2. Neutron-star (NS) magnetism and magnetars. As being studied theoretically in Project 2 (§ 2.5.1)
and observationally in Project 7 (§ 7.3.4), magnetars are a special type of NSs with extreme magnetic fields reaching 1014−15 Gauss. Under a unique hypothesis that the magnetic field of NSs is
a manifestation of nuclear ferromagnetism (Makishima et al. 1999), RESCEU can promote unique
investigations of magnetars and the NS magnetism. We may even be collaborating with nuclear
physicists and condensed-matter physicists. These subjects also have connections to Project 1 and
Project 5, because NSs are expected to be the most promising GW emitters.
3. Interactions between galaxies and hot plasmas. As described in § 7.3.6, Project 7-1 (K. Makishima
and collaborators) is discovering, with a help by Project 3 (K. Shimasaku), that galaxies in clusters
have been falling to the cluster centers over the Hubble time. As predicted by Makishima et al. (2000),
the driving force of this infall is considered to be magneto-hydro-dynamical interactions between these
galaxies and the X-ray emitting hot plasmas filling the cluster volume. This research subject will
provide one of the best examples of the vital importance of joint efforts among different wavelengths.

重力波の観測に挑む KAGRA 東京大学宇宙線研究所 梶田隆章 1916

セーヌ川クルーズ 「バトームーシュ」 ご利用のお客様へ §バトームーシュ

新年のご挨拶 - 真空工業会

国内高速3株式市場の高頻度注文板データ分析

場所：武蔵野の森公園 のびのび親子館 日時： 2015 年

ペルーの天文学施設ツアー 根本しおみ

共形場理論とインスタントンの統計力学 立川裕二

「巨大電波望遠鏡 ALMA (※2)により見え始めた 星誕生の瞬間」 「宇宙で

2005年度受賞者 – 荒井良二氏とフィリップ・プルマン氏

重力波観測の基礎 〜検出原理と観測でわかること